Устройство для измерения угла закручивания вращающегося вала Советский патент 1982 года по МПК G01L3/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА

ЗАКРУЧИВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла закручивания вала в широком диапазоне частоты его вращения. Известно устройство для измерения утла закручивания вращающегося вала, в котором угол закручивания преобразуется в фазовый сдвиг между последовательностями импульсов Си. Однако это устройство имеет сравнительно малое быстродействие и не может производить измерения при малых скорос тях вращения вала. Наиболее близким по технической сущ ности к изобретению является устройство для измерения утла закручивания вращаю щегося вала, содержащее две одинаковые схемы включения с входами для подсоединения датчиков, вырабатывающих сигналы треугольной формы при повороте вала, и сумматор, первые и вторые сигнальные входы которого соединены соответственно с сигнальными выходами первой и второй схем включения С 2 . Известное устройство также имеет малое быстродействие, большую погреи ность при малых скоростях вращения вдла и, кроме того, не позволяет измерять угол закручивания в любой фазе поворота вала. Целью изобретения является обеспечение возможности измерения в любой фазе поворота вала. Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введен узел управления, при этом первые управляющие выходы первой и второй схем включения подсоединены соответственно к первому и второму входам узла управления, а вторые управляющие выходы первой и второй схем включения подсоединены соответственно к первому и второму управляющему входам сумматора, причем первый выход узла управления подключен к третьемз управляющему входу сумматора, к вторым управляющим входам обеих схем включения, а так же к перво му управляющему входу первой схемы включения, второй выход .узла управления подключен к второму управляющему вход второй схемы включения и к четвертому управляющему входу сумматора. Узел управления состоит из инвертора двух триггеров и элемента И-НЕ, при этом первый вход узла управления через инвертор соединен с первым входом первого триггера, выход которого подключен к первому выходу узла управления, и также: к первому входу элемента , И-НЕ и к второму входу второго триггера, второй вход узла управления подключен к второму входу элемента И-НЕ, выход которого подключен к первому входу второго триггера, выход которого подключен к второму выходу узла управления. Схема включения состоит из трех формирователей, двух элементов И-НЕ, триггера и коммутатора знака, при этом сигнальный вход схемы включения соединен с входами первого и второго формирователей, а также через коммутатор знака с сигнальньпл выходом схемы включения, выход первого формирователя соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, выход ВТОР9ГО формирователя соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и с первьп«1 управляющим выходом схемы включения, выходы первого и второго элементов И-НЕ подключены к одноименным входам триггера, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора знака, а также через третий формирователь с вторым управляющим выходом схемы включения, причем первый уп авляющий вход схемы включения подключен к вторым входам обеих элементов И-НЕ, а второй управляющий вход схемы включения подключен к третьему входу триггера. Сумматор состоит из триггера, двух ключей, источника напряжения и суммиру ющего элемента, причем первых три управляющие входа сумматора подключены к одноименным входам триггера, выход которого подключен к управляющему вхо ду rtepBoro ключа, четвертый управляющий вход сумматора подключен к управляющему входу второго ключа, первый и второй сигнальные входы сумматора подключены соответствешю к перво.му и второму входам суммирующего элемента вькод которого через второй ключ связан О выходом сумматора, при этом третий и четвертый входы суммирующего элемента связаны через первый ключ и источник напряжения. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2-4 - схемы включения узла управления и сумматора; на фиг, 5 и 6 - эпюры сигналов на выходах узлов. Устройство содержит входы 1 и 2, две идентичные схемы S и 4 включения, узел 5 управления, сумматор 6 и выход 7устройства. Входы и выходы узлов устройства, через которые проходят сигналы аналогового вида, называются сигнальными, а входы и выходы, через которые проходят сигналы дискретного вида, называются управляющими. Схемы 3 и 4 включения состоят из формирователей 8 и 9, логи- ческих элементов И-НЕ 10 и 11, триггера 12, коммутатора 13 знака и формирователя 14. Узел 5 управления состоит из инвертора 15, триггера 16, логического элемента И-НЕ 17 и. триггера 18. Сумматор 6 состоит из триггера 19, ключа 20, источника 21 напрялсения, суммирующего элемента 22, ключа 23. Входы 1 и 2 устройства соединены соответственно с сигнальными входами схем 3 и 4 включения, сигнальные выходы которых подключены соответственно к первому и второму сигнальным входам сумматора 6, Первые управляющие входы схем 3 и 4 включения соединены соответственно с первым и вторым входами узла 5 управления. Первый выход узла 5 управления соединен с первым и вторым управляло- щдми входами схемы 3 включения, вторым управляющим входом схемы 4 включения и третьим управляющим входом сумматора 6. Второй выход узла 5 управления соединен с вторым управляющим входом схемы 4 включения и четвертым управляющим входом сумматора 6. Вторые управл5иощие выходы схем 3 и 4 включения соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами сумматора 6. . В схемах 3 и 4 включения сигнальный вход соединен с входами формирователей 8и 9 и коммутатора 13 знака. Выходы формирователей 8 и 9 соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ 10 и 11, вторые входы которых соединены с первым управляющим входом. Выход формирователя 9 соединен дополнительно с первым управляющим выходом. Выходы элементов И-НЕ 10 и 11 соединены с входами триггера 12, третий вход которого соединен с вторым управляюишм входом. Прямой выход триг гера 12 соединен с входом управления коммутатора 13 знака и через формирова тель 14 с вторым управляющим выходом. Выход {соммутатора 13 знака соединен с сигнальным выходом схемы. Первый вход узла 5 управления соединен через инвертор 15 с одним входом триггера 16. Второй вход триггера 16 используется для установки элементов устройства в исходное состояние путем подачи команды Сброс , Прямой выход триггера 16 соединён с входами элемента И-НЕ 17, триггера 18 и с первым выходом узла 5 управления. Второй вход узла 5 управления соединен с вторым входом элемента И-НЕ 17, выход которого соединен с первым входом триггера 18. Прямой выход триггера 18 соед1шен с вторым выходом узла 5 управления. Первый, второй и третий управляющие входы сумматора 6 соедигсны с соответствующими входами триггера 19. Прямой выход триггера 19 соединен с в дом управления ключа 20, вход которого подключен к выходу источника 21 напряжения. Второй выход источника 21, вьсход ключа 2О, оба сигнальных входа сумматора 6 подключены к четырем входам суммирующего элемента 22, выход которого через ключ 23 соединен с выходом 7 устройства. Вход управлени ключа 23 соединен с четвертым управЛ5иощим входом сумматора 6. Устройство работает от датчиков сигналов, вырабатьшающих при вращении вала напряжение треугольной формы с постояшюй амплитудой Е. Изменение напряжения происходит в интервале от О до Е. ИиформаШ1Я об угле закручивания вала содержится в разности фаз напряжений от двух датчиков. Сигналы датчик поступают на входы 1 и .2 устройства, Узел 5 управления обеспечивает уста новку элементов устройства в исходное состояние перед началом работы. В схемах 3 и 4 включения формирова тели 8 вьфабатьшают импульс напряжения,когда сигнал датчика -проходит чере максимум (Е). Формирователи 9 вырабатывают импульс напряжения, когда сигнал датчика проходит через MinmtvyM , (О). Формирователи 8 и 9 могут быть собраны по схеме компараторов (места подключения опорных напряжений компараторов не показаны). Коммутатор 13 0 8 знака при подаче на его вход управления команды О, передает входной сигнал без изменения, а при подаче на его вход упр 1вления команды , сигнал на выходе инвертирован по знаку относительно входного сшгнала. Формирователь 14 вырабатьшает импульс иапряжения при положительном перепаде напряжения на его входе. На выхсде ключей 2О и 23 при подаче на их вход управления команды О сигнал равен нулю. При подаче на вход управления команды 1 сигнал на выходе повторяет сигнал на входе ключа. Устройство работает следующим образом. От датчиков поступают сигналы (Од ; ид2 ) треугольной формы с амплв «. тудой Е и од1шаковой частотой повторения. Угол закручивания вызывает разность фаз сигналов датч1.ков. Устройство командной Сброс подготовлено к работе. Начало работы наступает с подачей по цепи Сброс команды ( U цепь Сброс ). При появлен1ш после подачи этой команды, первого и myльca на выходе формирователя 9 ( Уд ) схемы 3 включения, триггер 16 узла 5 управления изменяет свое состояние. На его выходе появляется сигнал , разрешая работу элементов 10 и 11 схемы 3 включения и элемента 17 узла 5 управления. После импульса (фиг. 5) на выходе формирователя 9 схемы 3 включения, появляется импульс на выходе формирователя 9 схемы 4 включения, который, пройдя через элемент И-НЕ 17 узла 5 управления, изменит состояние триггера 18 этого узла. На его выходе появится сигнал . что разрещает работу элементов 10 и 11 схемы 4 включения и открьта.ет ключ 23 узла 6 суммирования. После описшшого процесса триггеры 16 и 18 узла 5 управления сохраняют свое состояние до включения схемы или подачи команды Сброс. В описанном интервале времени на сумматор 22 через коммутатор знака схем 3 и 4 включения поступают сигналы от датчиков (Уд ; Уд ) и сигнал . и 2-} от источника 21 напряжения. Сигнал на выходе сумматора 22 описывается выражением 77-иАГид,-и,, . (1) При появлении на выходе формирователя 8 схемы 3 включения импульса, изменяет состояние триггер 12, при 9ТОМ на выходе коммутатора 13 знака изменяется знак напряжения сбрасывает формирователь 14, на выходе триггера 19 появляется сигнал , открьтается ключ 20. Сигнал на выходе сумматора 22 в этом случае описывается выражением . %М-ид,),,.и2о- ai При появлении импульса на выходе формирователя 8 схемы 4 включения изменяет состояние триггер 12, на входе коммутатора 13 изменяется знак напряжения, срабатывает формирователь 14, схемы 4 включения, хдж этом 19 возвращается в исходное состояние, закрывая ключ 2О. Напряжение на выходе сумматора 22 опис1 1ва ется ёьграг женИем () Появление импульса на выщде форми рователя 9 схемы 3 включения возвращает ее триггер 12, в исходное состояч ние. При этом напряжение на выходе сумматора 22 описывается вьгражейием . Появление импульса на выходе форми рователя 9 схемы 4 включения возвращает ее триггер 12 в исходное состояние. Напряжение на выходе cyjMowiaTopa 22 описьюается выражением (1). .Затем вышеописанный процесс циклически повторяется. На вьосоде сумматора 22 получаем напряжение, прямо порпорциональное углу закручивания. Ключ 23 используется для отсечки на выходе переходного процесса, возника ющего в начале работы устройства (изображен пунктиром на фиг. 5). За счет устранения при измерении мертвых участков (на-которых в известном устройстве не производится измерение), достигается возможность выполнять изм рения на валах вращающихся с малой скоростью, что расширяет область npiovie нения устройства. Фиксация устройством знаков утла закручивания позволяет использовать его для измерения реверсивн крутящих моментов. Формула изобретения 1. Устройство для измерения угла закручивания вращающегося вала, содержащее две одинаковые схемы включения 9 8 С входами для подсоединения датчиков, вырабатьгоающих сигналы треугольной формы при повороте вала, и сумматор, первые и вторые сигнальные входы .которого соединены соответственно с сигнальными выходами первой и второй схем включения, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения в любой фазе поворота вала, в него введен узел управления, при этом первые угфавляющие вьосоды первой к второй схем включения подсоединены соответственно к первому и второму входам узла управления, а вторые управляющие выходы первой и второй схем включения подсоединены соответственно к первому и второму управляющему входам сумматора, причем первьй выход узла управления подключен JC третьему управляющему юсоду Сумматора, к вторым управляющим входам обеих схем включения, а также к первому управляющему входу первой схемы включения, второй выход узла управления подключен к второму управля1сацему входу второй схемы включения и к четвертому входу сумматора. 2. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что узел управления состоит из инвертора, двух триггеров и элемента И-НЕ, при этом первый вход узла управления через инвертор соединен с первым входом первого триггера, вьЕсод которого подключен к первому выходу узла управления, а также к первому входу элемента И-НЕ и второму входу второго триггера, второй вход узла управления подключен к второму входу элемента И-НЕ, ваыход которого подключен, к первому входу второго триггера, выход которого подключен к второму вььходу узла управления. 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что схема включения состоит из трех формирователей, двух элементов И-НЕ, триггера и коммутатора знака, при этом сигнальный вход схемы включения соединен с входами первого и второго формирователей, а также через коммутатор знака с сихтюльным выходом схемы включения, выход первого формирователя соединен с первьм входом первого элемента И-НЕ, выход второго формирователя соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и с первым управляющим выходом схемы включения, выходы первого и второго элементов подключены к одноименным входам триггера, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора знака, а так- же через третий формирователь с вторым управляющим выходом схемы включения, причем первый управляющий вход схемы включения подключен к вторым входам обоих элементов И-JHE, а второй управляющий вход схемы включения подключен к третьему входу триггера. 4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что сумматор состоит из триггера, двух ключей, источника напряжения и суммирукнцего элемен-ш, причем первые три управлякшшх входа сумматора подключены к одноименным входам триггера, выход которого подключен к управляющек у входу первого ключа, четвертый управляюищй вход сумматора i 9 08 подключен к управл5пощему входу второго ключа, первый и второй сигнальные входы сумматора подкпю 1ены соответственрно к первому и второму входам суммирующего элемента, выход которого через второй ключ связан с выходом сумматора, при этом третий и четвертый входы суммирующего элемента связаны через первый ключ и источник напряжения. Источники информашга, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № 603860, кл. G 01 Ц 3/1О, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 574639, кл. G О1 U 3/1О, 1976 (прототип).

Фиг./

0fff.J

ВлодГ )

8ход2 (идг)

liertb ncSpoc

8 Щ l/fff Vff

УК l/fj

лепая

Ui

44

-/

jt

/

V

t

7 I/

t/,

i fffff l/ff f/K 1/Г4 %

Схема 4

1

ТГ7

12

%

Узе

%

/ /

ЗС/

Фиг.

ff/fyn//fffffrCJt

jytfjireffM ff

tfftft.ff