Измеритель мощности

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий преобразователь крутящего момента и частоты вращения, выполненный в виде упругого вала, на концах которого установлены два индуктора с сопряженными с периметрическим зазором зубьями, и чувствительного элемента, расположенного в зоне зубьев индукторов, а также измерительную схему, включакидую формирователь, триггер, три элемента И, два нульоргана , элемент ИЛИ, счетчик, реверсивный счетчик, логический блок, блок управления, делитель и генератор, который через делитель подключен к одному входу одного элемента И, выход которого подключен к одному входу эдемента ИЛИ, выход которого, подключён к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход которого через один нуль-орган подключен к одному входу блока управления; к второму входу которого через последовательную цепочку из счетчика и второго нуль-органа подключен выход логического блока, один вход которого соединен с одним выходом блока управления, другой выход которого соединен с одноименными входами одного элемента И и логичес-, кого блока, третий вход которого соединен с одноименным входом блока управления , четвертый вход которого соединен с одним входом второго элемента И и одним выходом триггера,один вход которого соединен с третьим выходом блока управления,а второй выход - с одним входом третьего элемента И,второй и третий входы которого соединены с одноименными входами второго элемента И,а выход - с вторым входом элемента ИЛИ,причем выход чув-J ствительного элемента преобраэователя сл крутящего момента и частоты вращения подключен к входу формирователя измес рительной схемы, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения временных интервалов , пропорциональных угловым расстоянием между эубьями индукторов, в изм1эрительную схему введен блок синхронизации , а генератор оборудован дополнительным выходом, который под ключен к одному входу блока синхрони: зации, второй вход которого подключен к выходу формирователя, а выход - к UD второму входу триггера и четвертому N5 входу логического блока, третий вход которого подключен к входу делителя :л и к второму входу второго элемента и третий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а выход - с суммирующим входом реверсивного счетчика.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

119) (111

3(50 G 0 1 L 3 2 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3555769/18-10 (22) 21.02.83 (46) 23.05.84. Бюл. Р 19 (72) В.A. Гончарук, A.Ï. Олейников, A.Е. Редькин и М.В. Хохряков (71) Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт автоматизированных систем управления транспортом газа (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 711389, кл. G 01 Ь 3/24, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

В 960556, кл. 6 01 Ь 3/24, 1980 (прототип) . (54)(57) ИЗИЕРИТЕЛЬ ИОШНОСТИ, содержащий преобразователь крутящего момента и частоты вращения, .выполненный в виде упругого вала, на концах которого установлены два индуктора .с сопряженными с периметрическим зазором зубьями, и чувствительного элемента, расположенного s зоне зубьев индукторов, а также измерительную схему, включающую формирователь, триггер, три элемента И, два нульоргана, элемент ИЛИ, счетчик, реверсивный счетчик, логический блок, блок управления, делитель и генератор, который через делитель подключен к одному входу одного элемента И, выход которого подключен к одному входу эдемента ИЛИ, выход которого,подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход которого через один нуль-орган подключен к одному входу блока управления, к второму входу которого через последовательную цепочку из счетчика и второго нуль-органа подключен выход логического блока, один вход которого соединен с одним выходом блока управления, другой выход которого соединен с одноименными . входами одного элемента И и логического блока, третий вход которого соединен с одноименным входом блока управления,четвертый вход которого соединен с одним входом второго элемента И и одним выходом триггера, один вход которого соединен с третьим выходом блока управления,а второй выход — с одним входом третьего элемента И,второй и третий входы которого соединены с одноименными входами второго элемента И,а выход - с вторым входом элемента ИЛИ, причем выход чув-ф ствительного элемента преобразователя! крутящего момента и частоты вращенйя ф/ подключен к входу формирователя изме- рительной схемы, о т л и ч а ю щ и й- С с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения временных интер- Я валов, пропорциональных угловым расстоянием между зубьями индукторов, в измерительную схему введен блок синхронизации, а генератор оборудован дополнительным выходом, который подключен к одному входу блока синхрони. зации, второй вход которого подключен к выходу формирователя, а выход - к второму входу триггера и четвертому входу логического блока, третий вход которого подключен к входу делителя и к второму входу второго элемента И третий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а выход - с суммирующим входом реверсивного счетчика.

1093925

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения мощности, передаваемой вращающимся валом.

Известен измеритель мощности, содержащий преобразователь крутящего момента и частоты вращения вала, а также измерительную схему (1).

Однако этот измеритель не обеспечивает требуемой точности измерения.

10

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является измеритель мощности, содержащий преобгого вала, на концах которого установлены два индуктора с сопряженными с периметрическим зазором зубьями, и чувствительного элемента, расположенного в зоне зубьев индукторов, а также измерительную схему, включающую формирователь, триггер, три элемента

И, два нуль-органа, элемент ИЛИ, счетчик, реверсивный счетчик, логический блок, блок управления, делитель и генератор, который через делитель подключен к одному входу одного элемента И, выход которого подключен к одному входу элемента ИЛИ; выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход которого через один нуль-орган подключен к одному входу блока управления, к второму входу которого через последовательную цепочку из счетчика и второго нуль-органа под- 35 ключен выход логического блока, один вход которого соединен с одним выходом блока управления, другой выход которого соединен с одноименными входами одного элемента И и логического 40 блока, третий вход которого соединен с одноименным входом блока управления, четвертый вход которого соединен с одним входом второго элемента

И и .одним выходом триггера, один 45 вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а второй выход - с одним входом третьего элемента И, второй и третий входы которого соединены с одноименными входами вто-50 рого элемента И, а выход - с вторым: входом элемента ИЛИ, причем выход чувствительного элемента преобразователя крутящего момента и частоты вращения подключен к входу формировате- ля измерительной схемы (2).

Недостатком известного измерителя также является низкая точность измерения, обусловленная ограниченной

60 временной: разрешающей способностью цепей квантования и счета импульсов, а также задержками сигналов в цепях . триггера, следствием чего является погрешность измерения временных интервалов, пропорциональных угловым разователь крутящего момента и частоты вращения, выполненный в виде упру-15 расстоянием между зубьями индикаторов.

Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения погрешности измерения временных интервалов, пропорциональных угловым расстоянием между зубьями индукторов.

Указанная цель достигается тем, что в измерителе мощности, содержащем преобразователь крутящего момента и частоты вращения, выполненный в виде упругого вала, на концах которого установлены два индуктора с сопряженны ми с периметрическим зазором зубьями, и чувствительного элемента, расположенного в зоне зубьев индукторов, а также измерительную схему включающую формирователь, триггер, три элемента

И, два нуль-органа, элемент ИЛИ, счетчик, реверсивный счетчик, логический блок, блок управления, делитель и генератор, который через делитель подключен к одному входу одного элемента И, выход которого подключен к одному входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, выход которого через один нуль-орган подключен к одному входу блока управления, к второму входу которого через последовательную цепочку из счетчика и второго нуль-органа подключен выход логического блока, один вход ко.торого соединен с одним выходом блока управления, другой выход которого соединен с одноименными входами одного элемента И и логического блока, третий вход которого соединен с одноименным входом блока управления, четвертый вход которого соединен с одним входом второго элемента И и одним выходом триггера, один вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а второй выход - с одним входом третьего элемента И, вто. рой и третий входы которого соединены с одноименными входами второго элемента И, а выход - c вторым входом элемента ИЛИ причем выход чувствительного элемента преобразователя крутящего момента и частоты вращения подключен к входу формирователя измерительной схемы, в последнюю введен блок синхронизации, а генератор оборудован дополнительным выходом, кото рый подключен к одному входу блока синхронизации, второй вход которого подключен к выходу формирователя, а выход - к второму входу триггера и четвертому входу логического блока, третий вход которого подключен к входу делителя.и к второму входу второго элемента И, третий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а выход " с суммирующим входом реверсивного счетчика.

1093925

На фиг. 1 представлена блок-схема измерителя мощности; на фиг. 2 и 3 графики, поясняющие его работу.

Измеритель содержит размещенные на валу 1 индукторы 2 и 3, чувствительный элемент 4, измерительную схему 5 в состав которой входят формирователь 6, блок 7 синхронизации, генератор 8, делитель 9 частоты, логический блок 10, блок 11 управления, элементы И 12-14,, элемент ИЛИ 15, ревер10 сивный счетчик 16, .счетчик 17, нульорганы 18 и 19 и триггер 20 °

Размещенные на валу 1 индукторы 2 и 3 поочередно взаимодействуют с чувствительным элементом 4, соединенным 15 через формирователь 6 с измерительным входом блока 7 синхронизации, выход которого соединен со счетным входом триггера 20 и измерительным входом логического блока 10. Единичный 20 выход триггера 20 соединен с управляющим входом блока 11 управления и с вторым входом элемента И 12. Нулевой выход триггера 20 соединен с вторым входом элемента И 13, а установочный 25 вход триггера 20 подключен к команд-, ному выходу блока 11 управления. Первый режимный выход блока 11 управления соединен с первыми входами элементов И 12 и 13. Второй режимный выход блока 11 управления соединен с вторым режимным, входом логического блока 10. Третий режимный выход блока 11 управления подключен к первому входу элемента И 14 и к первому режимному входу логического блока 10. Синхронизирующий выход генератора 8 соединен с синхронизирующим входом блока 7 синхронизации, а квантующий выход генератора 8 — с синхронизирующими входами блоков 10 и 11,c входом,. 40 делителя 9 частоты и с третьими входами элементов И 12 и 13.

Выход делителя 9 частоты подключен к второму входу элемента И 14. Выходы элементов И 13 и.14 соответственно 45 через первый и второй входы элемента

ИЛИ 15 соединены с вычитающим входом реверсивного счетчика 16, а выход элемента И 12 — с суммирующим входом реверсивного счетчика 16. Выход логи-50 ческого блока 10 подключен к входу счетчика 17 результата. Выходы счетчиков 16 и 17 через свои нуль-органы

18 и 19 подключены соответственно к второму и пеРвому командным входам 55 блока 11 управления (цепи начальной установки счетчиков 16 и 17 не пока-.. заны).

Измеритель работает следующим образом. 60

При вращении вала 1 зубья индукторов 2 и 3 взаимодействуют поочередно с чувствительным элементом 4 °

Временные сдвиги между соседними импульсами t, t . .на выходе формиро) 65 вателя б пропорциональны геометрическим углам q, q между соседними зубьями индукторов 2 и 3. При наличии

М и скручивании вала 1 взаимное

kP угловое расположение зубьев изменяется- и происходит увеличение t u уменьшение

Начальная установка индукторов 2 и 3 один относительн6 другого выполнена так, что при всех возможных значениях крутящего момента М„ удовлетворяются неравенства ((! !. -(p а(q>

Поскольку относительные смещения зубьев, вызванные скручиванием вала, обычно невелики, указанные неравенства легко выполняются. Для определе ния угла скручивания вала за неизменное время Тц„„, осуществляется измерение целого числа пар временных интервалов t t, отвечающих повороту ва. ла на углы(, f, причем результаты измерений регистрируются схемой соответственно со знаками + или ! !

Процесс определения мощности в предлагаемом устройстве состоит из режимов синхронизации, измерения М„, и измерения мощности.

В режиме синхронизации производится измерение двух временных интервалов t+, t и обеспечивается исходная установка (синхронизация) управляющего триггера 20 для получения в режиме измерения И„р положительной разности t+ t.. Начало этого режима синхронизировано передним фронтом импульса на единичном выходе триггера 20, поступающего на управляющий вход блока 11 управления.

Срабатывание триггера 20 вызывается выходными импульсами блока 7 синхронизации, на синхронизирующий вход которого поступают синхроимпульсы опорной частоты от генератора 8, а на измерительный вход — сигналы формирователя б. Блок 7 осуществляет синхронизацию сигналов формирователя б, т. е. выходной сигнал блока 7 синхронизации повторяет значение сигнала на его измерительном входе в момент появления на синхронизирующем входе фронта (например, положительного) синхроимпульса. !

При поступлении импульса на управляющий вход блока 11 управления npo»: исходит установка в нуль реверсивного счетчика 16, на первом режимном выходе блока 11 управления формируется разрешающий потенциал, который поступает на первые входы элементов И 12 и 13, на третьи входы которых посту". пают квантующие сигналы от генератора 8.

Квантующие и синхронизирующие сигналы генератора 8 имеют одну частоту

1093925 следования, но смещены один относительно другого во времени (фиг. 2).

За интервал времени до прохождения следующего зуба индуктора под чувст вительным элементом 4 триггер 20 сохраняет единичное состояние, элемент

И 12 открывается и опорная частота через элемент И 12 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика

16.

Очередным импульсом с выхода чувствительного элемента 4, формирователя 6 и блока 7 синхронизации триггер

20 устанавливается в нулевое состояние, и квантующие импульсы опорной частоты поступают через элементы 15

И 13 на вычитающий вход реверсивного счетчика 16.

K моменту начала режима синхронизации, в общем случае, триггер 20 может находиться в произвольном состоянии, т.е. период его нахождения . в единичном состоянии может соответ- . ствовать как t, так и

Если в режиме синхронизации единичному состоянию триггера 20 соответствует интервал t а нулевому—

+ то результат квантования этих интервалов и подсчет соответствующих импульсов реверсивным счетчиком 16 положительный ((p - g О), и переполйение реверсивного > счетчика 16 не происходит. Если в начальном положении триггера 20 единичному состоянию

его отвечает t, а нулевому — t+, то результат счета в реверсивном счетчике 16 отрицательный (- Q + (О), ре-. З5 версивный счетчик 16 переполняется и через нуль-орган 18 на второй командный вход блока 11 управления поступает сигнал, по которому с командного выхода блока ll управления на еди- 4р ничный вход триггера 20 поступает импульс, переводя его в единичное coc" тояние, чем обеспечивается изменение его фазировки относительно последовательности углов(f, Q,(f, Я,... и по- 45 ложительный знак разности (f — g > 0 при последующих измерениях.

Режим синхронизации заканчивается после формирования очередного сигнала на единичном выходе триггера 20, по- 5р ступающего. на управляющий вход блока 11 управления.

Режим измерения М„„ реализуется в фиксированное время Т,щ„, отсчитываемое счетчиком 17, на который через логический блок 10, управляемый сигналом со второго режимного выхода блока ll управления поступают импульсы с квантующего выхода генератора 8.

Перед началом данного режима осу- 6О ществляется начальная установка счетчиков 16 и 17. Счетчик 17 обеспечивает отсчет времени T„,„,), а в реверсивный счетчик 16 вносится уста- новка; пропорциональная углу началь- 65 ной установки индукторов 2 и 3. С помощью реверсивного счетчика 16 осуществляется подсчет числа импульсов, пропорциональных величине деформации вала 1.

Для исключения дополнительных погрешностей измерение производится за время Т„ „, в которое укладывается целое число пар интервалов t+—

Для этого начало режима измерения М„ синхронизировано передним фронтом сигнала с единичного выхода триггера 20, поступающего на управляющий вход блока 11 управления, на первом режимном выходе которого формируется при этом разрешающий потенциал, поступающий, на первые входы ,элементов И 12 и 13. Процесс подсчета разностей t — t в реверсивном счетчике 16 аналогичен работе схемы в режиме синхронизации. Так как измеряемая разность + — Ц равна сумме угла начальной установки индукторов 2 и 3 и измеряемого угла деформации вала 1, то внесенная в реверсивный счетчик 16 начальная установка (равная величине угла начальной установки индукторов в дополнительном коде) вычитается, и результатом в режиме измерения Мкр является величина, пропорциональная только углу деформации вала 1, т. е. величине крутящего момента Мкр .

Режим измерения М„ завершается после переполнения счетчика 17 и поступления сигнала через нуль-орган

19 на первый командный вход блока 11 управления, по которому после прихода сигнала с выхода триггера 20 на управляющий вход блока 11 управления снимаются разрешающие потенциалы с первого и второго режимных выходов блока 11 управления, и подсчет импульсов в реверсивном счетчике 16 прекращается.Этим обеспечивается завершение режима измерения М„ только кр после реализации подсчета целого числа пар разностей t+ — t

При переходе к режиму измерения мощности на третьем режимном выходе блока 11 управления формируется разрешающий потенциал, в результате чего на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 через элементы И, ИЛИ 14 и

15 и делитель 9 частоты подаются сигналы с квантующего выхода генератора

8, а на вход счетчика 17 через логический блок 10 поступают .сигналы от блока 7 синхронизации, частота следо-, вания которых пропорциональна скорости вращения вала 1. При этом в режиме измерения мощности в счетчике 17 эа время, пропорциональное крутящему моменту, подсчитывается число импульсов, пропорциональное скорости вращения вала, что соответствует иэмеря1093925 емой мощности, передаваемой вращающимся валом 1.

Данный режим завершается при обнулении реверсивного счетчика 1 6 по сигналу, поступающему с выхода нуль-органа 18 на второй командный вход блока 11 управления. При этом разрешающий потенциал на третьем режимном выходе блока 11 управления снимается, и цикл измерения завершается.

Принцип устранения погрешности, (О положенный в основу предлагаемого устройства, заключается в том, что сигналы, ограничивающие измеряемые временные интервалы t+, t перед поступлением на счетный триггер и. кван-15 тованием (т.е. преобразованием в пачки импульса тактовой частоты с периодом Т ц ), синхрониэируются импульсами тактовой частоты (с периодом Т „ ), причем квантующие импульсы 2() (также с периодом Т -„.) задержаны отСЧ носительно синхронизирующих на некоторую величину.

На фиг. 2 показаны временные соотношения между сигналами, возникающи- 2д ми на квантующем К и синхрониэирующем С выходах генератора 8. Длитель-. ность С квантующих импульсов выбра" на из условия

Ф где, — соответственно минимальновозможные длительности сигналов, которые при квантовании элементами И

12 и 13 регистрируются реверсивным счетчиком 16 по суммирующему и вычи" З тающему входам. л

Величина задержки } вкбрана так, что удовлетворяются условия о 0

+ t70 ° Ly I о . 10 у + (.20 ° С .} р

1о

+ т bo (<э о< где — задержка переднего фронта сигнала в блоке синхрониза" ции 7; а«0 о ю щ ол що Ъ вЂ” задержки переднего (01) и заднего (10) фронтов сигналов на единичном и нулевом плечах триггера 20 (фиг. 3).

В результате импульсы, полученные после синхронизации, статистической обработке при квантовании не подвергаются, поскольку их фронты связаны с квантующими импульсами неизменными фазовыми соотношениями. Вследствие этого, на результат статистического измерения длительности интервалов не влияют задержки элементов, входящих в состав счетного триггера, а также ограниченная временная разрешающая способность квантующих элементов Й и входов (суммирующего и вычитающего) счетчика. !

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить тОчность измерения мощности за счет снижения погрешности, обусловленной задержками в элементах счетного триггера и временной разрешающей способностью цепей квантования и счста импульсов.

1093925

1093925 и

Ug

Уас

У

Составитель А. Амаханов

Редактор О.Черниченко Техред Т.Иаточка Корректор А.Ференц

Закаэ 3413/33 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4