Устройство для преобразования параметров вращающихся деталей в электрический сигнал

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащее резистивный датчик температуры, коммутатор , усилитель, вращающийся конденсатор и блок памяти, о т л и .чающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и распирения функциональных возможностей,, коммутатор вьшолнен секционным и & устройство введены емкостный датчик крутящего момента, опорный конденсатор , второй вращающийся конденсатор, весовой сумматор, формирователь импульсов , неинвертирующий и инвертирующий интеграторы, блок сравнения, выход которого соединен с входами инвертирующего интегратора и формирователя импульсов, с первым выходом первой секции коммутатора и первым управляющим входом блока памяти, выход весового сумматора соединен с ; вторым выходом первой секции коммутатора и входом второй секхдаи, первый . выход которой соединен с инвертирующим входом блока сравнения и вторым выходом третьей секции коммутатора, суммирующий вход весового сумматора подсоединен к первому выходу третьей секции коммутатора, вычитающий вход к входу четвертой секциикоммутатора , весовой вход - к входу пятой ; секции коммутатора, опорньм конденсатор одним выводом подключен к входу § первой секции коммутатора, а другим к входу усилителя, вход и выход ко (Л торого соединены через вращающиеся конденсаторы с параллельно включенными датчиками измеряемых парамет- : ров, выход усилителя подключен к первому выхоДу четвертой секции коммутатора и через блок памяти - к входу третьей секции коммутатора, выход инвертирующего интегратора подсоединен к неинвертирующему входу блока сравнения, а выход формирователя импульсов - к второму выходу четвертой секции коммутатора, входу шестой секции, второй выход которой соединен с вторЬ1м управляющим входом блока памяти, и. через неинвертирующий интегратор г - к второму выходу пятой секции коммутатора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1129500

srW С 01 К 13 08 т тт

1 1 т

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИ Р:

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3552268/24-10 (22) 15.02.83 (46) 15. 12.84. Бюл. Р 46 (72) В.И. Кулапин, А.И. Мартяшин, И. Н . Фролов, В.И. Чернецов и В.M. Koca (71) Пензенский политехнический ,институт (53) 536.53 1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1Ф 930025, кл. С 01 К 13/08, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Б"-. 601580, кл. С Oi К 13/08, 1976, (прототип) l (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащее резистивный датчик температуры, коммутатор, усилитель, вращающийся конденсатор и блок памяти, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, коммутатор выполнен секционным и в устройство введены емкостный датчик крутящего момента, опорный конденсатор, второй вращающийся конденсатор, весовой сумматор, формирователь импульсов, неинвертирующий и инвертирующий интеграторы, блок сравнения, вы- ход которого соединен с входами инвертирующего интегратора и формирователя импульсов, с первым выходом первой секции коммутатора и первым управляющим входом блока памяти, выход весового сумматора соединен с вторым выходом первой секции коммутатора и входом второй секции, первый . выход которой соединен с инвертирую" щим входом блока сравнения и вторым выходом третьей секции коммутатора, суммирующий вход весового сумматора подсоединен к первому выходу третьей секции коммутатора, вычитающий вход к входу четвертой секции коммугатора, весовой вход — к входу пятой секции коммутатьра, опорный конденсатор одним выводом подключен к входу первой секции коммутатора, а другим — Я к входу усилителя, вход и выход которого соединены через вращающиеся конденсаторы с параллельно включенными датчиками измеряемых параметров, выход усилителя подключен к первому выхоДу четвертой секции коммутатора и через блок памяти — к вхоцу третьей секции коммутатора, выход инвертирующего интегратора подсоединен к неинвертирующему входу блока сравнения, а выход формирова- р теля импульсов — к второму выходу четвертой секции коммутатора, входу шестой секции, второй выход которой соединен с вторым управляющим входом блока памяти, и. через неинвертирующий интегратор; — к второму выходу пятой секции коммутатора.

1129500 2

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, измеряющим температуру и крутящий момент вращающихся дета-: лей и механизмов.

Известно устройство для измерения физических параметров на корпусе вращающегося объекта, содержащее первичные преобразователи, усилитель напряжения постоянного тока, контакт- 10 . ные кольца, регистрирующий прибор, преобразователь и токовый прибор 1J.

Устройство сложно в реализации, имеет значительнУю погрешность, обусловленную дрейфом нуля элементов, НЕ-15 высокую надежность, обусловленную износом контактных колец.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для бесконтактного изме- щ рення параметров вращающихся деталей машин, содержащее датчик измеряемой температуры, устройство калибровки, циклический коммутатор, полупроводниковый усилитель, генератор питания 25 датчиков, источник питания вращающегося блока аппаратуры, два варикапа, вращающийся конденсатор связи, вращающуюся и неподвижную катушки, датчик углового положения вала, триггер, переключатель, генератор напряжения накачки, усилительно-преобразовательный блок, запоминающее устройство и устройство для регистрации и контроля измеряемой температуры $2 ).

Недостатками указанного устройства являются влияние на результат измерения изменения емкости вращающегося конденсатора, наличие допол- нительной погрешности преобразования,40 обусловленной неидеальностью парамет» ров вращающегося трансформатора, невозможность получения информации о крутящем моменте.

Цель изобретейия — повышение точ45t ности измерения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для преобразования параметров вращающихся деталей в электрический сигнал, содержащем ре-.. эистивный датчик температуры, коммутатор, усилитель, вращающийся конденсатор и блок памяти, коммутатор выполнен секционным и в устройство введены емкостный датчик крутящего момента, опорный конденсатор, второй вращающийся конденсатор, весовой сумматор, формирователь импульсов, неинвертирующий и инвертирующий интеграторы, блок сравнения, выход которого соединен с входами инвертирующего интегратора и формирователя импульсов, с первым выходом первой секции коммутатора и первым управляющим входом блока памяти, выход весового сумматора соединен с вторым выходом первой секции коммутатора и входом второй секции, первый выход которой соединен с инвертирующим входом блока сравнения и вторым выходом третьей секции коммутатора, суммирующий вход весового сумматора подсоединен к первому выходу третьей секции коммутатора, вычитающий вход — к входу четвертой секции коммутатора, весовой вход — к входу пятой секции коммутатора, опорный конденсатор одним выводом подключен к входу первой секции коммутатора, а другим — к входу усилителя, вход и выход которого соединены через вращающиеся. конденсаторы с параллельно включенными датчиками измеряемых параметров, выход усилителя подключен к первому выходу четвертой секции коммутатора и через блок памяти — к входу третьей секции коммутатора, выход инвертирующего интегратора подсоединен к неинвертирующему входу блока сравнения, а выход формирователя,импульсов — к второму выходу четвертой секции коммутатора, вхоДу шестой секции, второй выход которой .соединен с вторым управляющим входом блока памяти, и через неинвертирующий

l интегратор. — к второму выходу пятой секции коммутатора.

На фиг.1 представлена схема пред лагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы его работы.

Устройство для преобразования параметров вращающихся деталей в электрический сигнал содержит опорный конценсатор 1, первый вращающийся конденсатор 2, усилитель 3, емкостный датчик 4. крутящего момента, резистивный датчик 5 температуры, второй вращающийся конденсатор 6, блок 7 памяти, коммутатор 8; весовой сумматор 9, неинвертирующий интегратор 10, блок 11 сравнения, интегрирующий интегратор 12 и формирователь

13 импульсов.

Датчик 4 и 5 соединены между собой параллельно и через вращающиеся конденсаторы 2 и 6 соединены соот(5! з 1129500 4 ветственно с входом и выходом усили-! l г 4. теля 3, выход которого подключен к о о первому выходу четвертой секции ком-,С С С

Q -U - + 7 - хСх И) .х мутатора 8 и через блок памяти 7

rc входу третьей секции коммутатора. 5 где t — текущее время;

Суммирующий, вычитающий и весовой С вЂ” емкость опор о — мкость опорного конденсавходы сумматора 9 подсоединены соот- тора 1

S первому ду третьей С1,С2- емкости первого 2 и второго секции, входам четвертой и пятой сек- 6 вращающих вращающихся конденсаторов ций коммутатора 8. Выход сумматора 9 10 соответственно; соединен с вто ым вых и к р одом первой сек- . R — сопротивление резистивног ци оммутатора 8 и входом второй о секции, первый выход которой соединен

Х чика крутящего с инвертирующим входом блока 11 сравнения и вторым выходом третьей сек и кции 15 Соответственно в начальный момент коммутатора 8, Выход блока 11 срав- времени при t = 0 имеем нения подключен через инвертирующий интегратор 12 к своему неинвертирую- - з= " + — +2 (2) о о о

С„ t: С щему входу, к первому управляющему

2 х входу блока 7 памяти к входу форЭ 20

Напряжение U фиксируется блоком.7 ь мирователя 13 импульсов и к перво- памЯти пРи каждом. пеРеключении блока му выходу первой секции коммутатора

11! - сравнения. По истечении интервала

8. Выход формирователя t3 импульсов времени, достаточного для затухания подключен к второму выходу четверсоставляющей напряжения, описываемой той сек и ко татора 8 входу шес- втоРым слагаемым в выРажении (1) пРи . той секции, второй выход которой соединен с вторым управляющим входом С С блока 7 памяти, и через неинвертирую-: (> (t tz О С о о

Э вЂ” 2 С1 С2 щии интегратор 10 — к второму выходу пятой сек и ко утатора 8. Вход пер- НапРЯжениЯ с УсилителЯ 3 и блока 7

<0 вой секции ко утатора 8 через опор- - памЯти подаютсЯ соответственно на выный конденсатор 1 подключен к входу читанжР и и сУммиРУющий входы сУммаусилителя 3. тора 9, на выходе которого в момент устройство позволяет измерять кру р " t т/ 2 "олу" ж тящий момент и температуру вращающих- С ся деталей благодаря применению дат- () (

2 С„ чиков емкостного и резистивного типов. В устройстве предусмотрено два

Указанное напряжение подается на. режима работы, переключение которых инвертирующий вход блока 11 сравнеосуществляется ко утатором 8. Рас- ниЯ, на неинвеР™РУющий вход котоРого смотрим работу устройства в режиме Ю постУпает напРЯжение с инвеРтиРУюизмерения крутящего момента, восщего интегратора 12, описываемое принимаемого емкостным датчиком 4 (режим "C"). В этом режиме входы каждой секции коммутатора 8 соедине- 1 .1 ны с соответствующими первыми выхо- где 1 1 — постоянная времени инвертидами .. рующего интегратора 12.

При переключении блока 11 сравне- В момент ра е момент равенства напряжений на ния на его выходе из-за наличия глу- входах блока 11 т.е. когда бокой положительной обратной связи происходит скачкообразное изменение - 0 — = 20 (6)

50 напряжения от значения +О(-П) к значению -U (+О) . (). Пусть в момент време- выходное напряжение блока 11 скачкони и = 0 имеет место положительный образно измен з о изменяет полярность и весь скачок напряжения. Это нап яжение ряжение процесс повторяется аналогично расчерез коммутатор 8 подается на вход смотренному но с ому, но с противоположными усилителя 3, напряжение на выхо е выходе знаками. Период генерируемых колба-которого описывается выражением

1129500

ФСр „

С х

Из (7) сл еду ет, ний М что частота колебаЗО

U =-U +U

9 О О С

Т, ФС,С„ прямо-"йропорциональна значению емкости C датчика 4 крутящего момента . 1О

Рассмотрим работу устройства при измерении температуры вращающихся . деталей, воспринимаемой резистивным датчиком 5 (режим "R"). В этом режиме входы каждой секции коммутатора

8 соединены с соответствующими вторыми выходами.

При переключении блока 11 срав-. нения на его выходе устанавливается напряжение амплитудой U Одновременно формирователь 13 импульсов формирует импульсы амплитудой U и дли-

0 тельностью ьо, которые подаются на неинвертирующий интегратор 10. В результате напряжение на выходе этого интегратора изменяется по закону 0„ =0 i (91

"2 ! где t — текущее время; — постоянная времени неинвертирующего интегратора 10 °

Напряжения с выходов формирователя 13 и интегратора 10 поступают на входы весового сумматора 9. Весовые . коэффициенты суммирования имеют при: этом значения -1 и, С соответственно. Сигнал треугольной формы с выхода сумматора 9 длительностью описываемый выражением .40 поступает на вход усилителя 3 на выходе которого имеем

Это напряжение по команде блока

11 сравнения с задержкой на С,осу 1 ществляемой формирователем 13, фиксируется в блоке 7 памяти. Выходное напряжение блока 7 подается на инвертирующий вход блока 11 сравнения, на неинвертирующий вход которого поступает напряжение интегратора 12, описываемое выражением (5) .

В момент равенства напряжений на входах блока 11, т.е. когда л

=U ) (12> о Rpc

4О выходное напряжение блока сравнения скачкообразно меняет полярность на; прбтивоположную и весь процесс повторяется аналогично рассмотренному, но с противопбложными знаками. Период генерируемых колебаний определяется. выражением (12) и с учетом Uo = zU

1 составляет

1 О Х (g3)

Использование изобретения позволяет повысить точность измерения температуры вращающихся деталей путем исключения влияния непостоянства значений емкости вращающихся конденсаторов и дополнйтельной погрешности, обусловленной неидеальностью параметров вращающегося трансформатора.

Кроме того, расширяют функциональные возможности устройства эа счет измерения крутящего момента.

1129500! 129500;

Режим.С

Йых

Реюм„

V g

Uf

Ьг.2

Составитель В., Журавлев

Редактор И. Рыбченко Техред, О.Неце Корректор М. Леонтюк

Заказ 9440/33 Тираж 822 Подпис кое ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,