Устройство для преобразования параметров вращающегося объекта в электрический сигнал

 

Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам. Измеряющим температуру, крутящий момент , осевые биения и изгиб вала вращающегося объекта. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, которое содерffycK жит формирователь 1 опорного воздействия , опорный элемент 2, операционный усилитель 3, датчик крутящего момента, выполненный в виде катушки 6 индуктивности, намотанной на ферромагнитный сердечник, резистивный датчик 7 изгибакщего усилия, дифференциатор 8, интегратор 9, блоки 10, 11, 12 и 13 памяти, весовые сумматоры 14 и 15, квадраторы 16 и 17, делители 18, 19, 20 и 21 напряжения, блок 22 вычитания и формирователь 23 импульсов. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет одновременно измерять температуру, крутя- g щий момент, осевой изгиб и биение вала объекта. По изменению значения вращающихся емкостных токосъемников 4 и 5 судят об осевых биениях вала, а по активному сопротивлению катушки 6 индуктивности - о температуре. 1 ил. (Л I S1 ГО ;о со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 С 01 Р 13/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3923452/24-10 (22) 20.05.85 (46) 15.02.87. Бюл. ¹ 6 (71) Пензенский политехнический институт (72) В.И. Кулапин, А.И. Иартяшин, И.Н. Фролов и В.И. Чернецов (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1104358, кл. G 01 К 7/ОС, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 112500, кл. G 01 К 13/08, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ПАРАИЕТРОВ ВРАЩАЮЦЕГОСЯ ОБЪЕКТА В

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ (57) Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам, измеряющим температуру, крутящий момент, осевые биения и изгиб вала вращающегося объекта. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, которое содер„„SU„„1290099 А1 жит формирователь 1 опорного воздействия, опорный элемент 2, операционный усилитель 3, датчик крутящего момента, выполненный в виде катушки

6 индуктивности, намотанной на ферромагнитный сердечник, резистивный датчик 7 изгибающего усилия, дифференциатор 8, интегратор 9, блоки

10, 11, 12 и 13 памяти, весовые сумматоры 14 и 15, квадраторы 16 и 17, делители 18, 19, 20 и 21 напряжения, блок 22 вычитания и формирователь 23 импульсов. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет одновременно измерять температуру, крутящий момент, осевой изгиб и биение вала объекта. По изменению значения вращающихся емкостных токосъемников

4 и 5 судят об осевых биениях .вала, а по активному сопротивлению катушки 6 индуктивности — о температуре.

1 ил.

1290099 где с

50 (t =0) =-И—

5brx q Р К

О (2) U (t) =M

sbix К

О (4) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, измеряющим температуру, крутящий момент, осевые биения и изгиб вала вращающегося объекта. S

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры, крутящего момента, осевого изгиба и биений вала объекта.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит формирователь

1 опорного воздействия, опорный элемент 2, в качестве которого используется образцовый резистор с сопротивлением К,операционный усилитель (ОУ) 3, два вращающихся емкостных токосъемника в виде конденсаторов, емкость которых зависит от осевых биений вала, на котором установлены токосъемники, датчик крутящего момента, выполненный в виде катушки 6 индуктивности, намотанной на ферромагнитный сердечник, магнитные свойства которого зависят от приложенного усилия, с активным сопротивлением провода R зависящим от температуры, резистивный датчик 7 изгибающего усилия (тензорезистор), наклеенный

30 вдоль оси .вала, дифференциатор 8, -8„+R (t) = -М(— е +

R R К, Вы к

R R +

О о текущий момент времени; значение индуктивности датчика крутящего момента; 40

С вЂ” суммарная емкость двух токоС, С, съемников С =, С

С +С

ll

С вЂ” емкость каждого токосъемника; 45

R — сопротивление резистора 2;

R — сопротивление тензорезистора 7.

Для момента С = 0 выражение (1) имеет вид:

Это напряжение по переднему фронту импульса с формирователя 1 опорного воздействия фиксируется в блоке 10 памяти. Таким образом, на выходе блока 10 памяти присутствует напряжение, пропорциональное значению сопротивлеинтегратор 9, четыре блока 10, 11

12 и 13 памяти, два весовых сумматора 14 и 15, два квадратора 16 и 17, четыре делителя 18, 19, 20 и 21 напряжения, блок 22 вычитания и формирователь 23 импульсов.

Датчик крутящего момента может быть выполнен в виде катушки индуктивности, намотанной непосредственно на. вал вращающегося объекта. Для повышения чувствительности к температуре последовательно с катушкой индуктивности может быть включен дополнительный терморезистивный датчик температуры, например пленочный терморезистор.

Устройство работает следующим образом.

По команде Пуск (в момент С„,) на выходе формирователя опорного воздействия формируется скачок напряжения Б = +N(t) например, положительный. Это напряжение поступает через резистор, 2 на инвертирующий вход операционного усилителя 3, в цепь отрицательной обратной связи которого через емкостные токосъемники 4 и 5 включены параллельно соединенные катушка индуктивности и тензорезистор.

Напряжение на выходе усилителя 3 описывается выражением

/ ния тензорезистора 2, а следовательно, и осевому изгибу вала.

Выходной сигнал операционного усилителя 3 в момент 1 = „ + t.З(5-6) х тК + R т1 х(" ), т. е. практически после окончания переходного процесса,описывается выражением:

Выходной сигнал усилителя дифференцируется дифференциатором 8 с учетом знака и в момент t + по т, О заднему фронту импульса длительноR +R стью t 6(†" †) c формирователя

О L импульсов фиксируется в блоке 13 памяти.

На выходе последнего (выход 2) 1290099

1 ь1 RL RqR1 o RnRL " > (5) . (.> =, уд„— +R RRR14+R к, к +Я CB

На — К

Ан Н (10) где К вЂ” постоянный коэффициент.

Напряжения с выходов делителей 20 и 21 поступают на входы блока 2 вы20 читания, на выходе которого

Rî

U йа R

R2 м i R (R +R) Это напряжение однозначно связано с сопротивлением R, и, следовательно, по его величине можно судить о температуре объекта.

Напряжение Н возводится в квадрат и далее поступает на вход делитеЗО ля 19 напряжений, в котором напряжение с выхода делителя 18 делится на напряжение (U ), на выходе делителя

9.g

19 при К=1.

U = — М

15 1 1

R„(— + — ) о к R+ (7) L и „к(12) 35

Напряжение U возводится в квад1) рат в квадраторе i6 и далее поступает на вход первого делителя 18 напря- „ жения, где делится на напряжение U« .

Тогда на выходе делителя 18 напряжения имеем

R,L

18 Ы2 П (8)

U = — — (— + — ) К, 1 1 1 (9) в R R R. о l1

55 где К вЂ” постоянный коэффициент.

В четвертом делителе 21 напряжений происходит операция деления напряжения U „,„ „с выхода блока 10 памяти на где — постоянная времени дифференЯ циатора.

Напряжение U () однозначно

ВЬ хд а связано с емкостью токосъемников.По

Это напряжение фиксируется в блоке 12 памяти, а в блоке 11 памяти фиксируется выходное напряжение усилителя 3.

С блоков 11 и 12 памяти сигналы

U („. +t$ и U„(t ) подаются на входы весового сумматора 14, весовые коэффициенты суммирования которого соответственно равны,J-„ è +1.

При этом на выходе весового сумматора 14

На входы второго весового сумматора 15 поступают напряжения с выходов блоков 11 и 13 памяти. Весовые коэффициенты сумматора 15 соответственно

t равны +1 и . Тогда на выходе э сумматора 1S

В третьем делителе 20 напряжения происходит операция деления напряжения U с выхода формирователя 1 опорного воздействия на напряжение U, в результате которой на его выходе фиксируется напряжениеего изменению можно судить об осевых биениях вала.

Выходной сигнал усилителя 3 интегрируется в интеграторе 9 и в установившемся режиме работы описывается с учетом знака выражением: напряжение U, в результате которой на выходе делителя

Напряжение U однозначно связано 9 с индуктивностью L и, следовательно, пропорционально величине крутящего момента. формулаизобретения

Устройство для преобразования параметров вращающегося объекта в электрический сигнал, содержащее располсженные на вращающемся объекте паралI лельно соединенные резистивный датчик и датчик крутящего момента, включенные через два вращающихся емкостных токосъемника в цепь отрицательной обратной связи усилителя, вход которого через опорный элемент подключен к выходу формирователя опорного воздействия, соединенному с входом формирователя импульсов, а выход соединен с входом первого блока памяти, интегратор, первый весовой сумматор,,отличающееся тем, что, с

1290099

Составитель В. Куликов

Редактор А. Лежнина Техред А.Кравчук Корректор С. Черни

Заказ 7890/Зб Тираж 99 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-.полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная, Ф целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры, крутящего момента, осевого изгиба и биений вала объекта, в него дополнительно введены 5 четыре, делителя напряжения, блок вычитания, второй весовой сумматор,два квадратора и три блока памяти, управляющие входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, входы 10 подключены соответственно к выходам усилителя, интегратора и дифференци-. атора, а.выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго весовых сумматоров, вторым 15 входом первого весового сумматора и вторым входом второго весового сумматора, выход которого через первый квадратор подключен к первому входу первого делителя напряжения, второй вход которого соединен с выходом первого весового сумматора, а выход подключен к первому входу второго делителя напряжения, второй вход которого через второй квадратор подключен к выходу блока вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого делителей напряжения, первые входы которых соединены с выходом формирователя опорного воздействия, а вторые входы подключены соответственно к выходам второго весового сумматора и первого блока памяти, управляюший вход которого соединен с выходом формирователя опорного воздействия, при этом выход усилителя подключен к входам интегратора и дифференциатора.