Способ и устройство для измерения крутящего момента

 

Союз Советск из

Социалистичесимк

Реслублми

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»9204l0 (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 19.03.80 (2l ) 2895782/18-10 с присоединением заявки №(5l)M. Кл.

G014 3 10 (23)Приоритет

3Ъеударетекннык кем нтет

СССР ве делам нзобретеннй и открытий (53) ДК531.781 (088.8) Опубликовано15.04.82. Бюллетень №14

Дата опубликования описания 15.04.82

Н. П. Тарасов и К.С. Бляшкин (72) Авторы изобретения (7 I ) Зая амтел ь

Казахский научно-исследовательский и автомобильного транспорта (54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Изобретение относится к измерителы ной технике и может быть использовано при измерении крутящего момента.

Известен способ измерения момента на валу путем преобразования момента с помощью двух датчиков скорости вращения вала в сдвинутые по фазе гармонические сигналы. По данному способу квантуют по уровням амплитуду опережающего сигнала до момента перехода нулевого уровня отстающим сигналом, и по числу квантующих уровней судят об измеряемом параметре(1).

Недостатком способа является низкая точность измерения из-аа влияния высших гармоник, содержащихся в сигналах датчиков, а также из-эа неточности квантования по уровням.

Известен способ измерения крутящего моменга по отношению временного сдвига к периоду вращения вала, которое

20 зависит от угла скручивания. По этому способу при вращении вала производится считывание меток неподвижно установ2 ленными датчиками. Временной сдвиг между импульсами датчиков пропорционален углу закручивания и периоду apame ния вала. Путем преобразования полученных сигналов определяют величину крутящего момента. Для повышения rî ности измерения, полученные сигналы" заполняются импульсами опорной часто ты t2).

Недостатком известного способа является суммирование погрешности формирования длительности импульса, обра зуемой за счет разности фаэ меток измерительного диска и пропорциональной величине крутящего момента. Кроме того, устройства для реализации этого способа характеризуются низкой разрешающей способностью.

11ель изобретения - повышение чувствительности и точности»

Поставленная цель достигается тем, что разность фаз определяют по разности числа импульсов опорной частоты за первые и вторые полупериоды вращения

М04 вала. В устройстве для измерения крутящего момента по предлагаемому способу отметчики угла положения вала сдвинуты друг относительно друга на

3. 80, а измерительная схема выполнена о в виде двух фазокомпенсаторов, двух триггеров, двух управляемых ключей, схем управления и индикации, формирования времени измерения и индикации, генератора опорной частоты, реверсивного tð счетчика и .регистра памяти, при атом датчики считывания через фазокомпенсаторы соединены с первыми входами триггеров, вторые входы которых соединены со схемой управления, а выходы подсоединены к первым входам управляемых ключей, вторые, и третьи входы которых соединены соответственно с генераторам опорной частоты и схемой формирования времени измерения и индика- щ ции, выходы управляемых ключей подсоединены к счетным входам реверсивного счетчика, связанного со схемой утгравления и регистром памяти, который соединен со схемами управления и инди- - р5 капни.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - положение отметчиков на валу при нагружении последнего; на фиг. 3 — графики, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит два укрепленных на противоположных концах вала 3 отметчика 2 и 3, сдвинутых относительно друг друга на 180О, неподвижные

35 датчики 4 и 5, считывающие с отметчиков 2 и 3 угол их относительного положения на валу 1. Выходы датчиков 4 и

5 подключены к входам фазокомпенсатою ров 6 и 7, предназначенных для, устранения погрешностей начальной установки датчиков считывания 4 и 5. Выходы фазокомпенсаторов 6 и 7 подсоединены к входам триггеров 8 и 9, преобразую45 щих угловые интервалы во временные.

Триггеры 8 и 9 соединены с выходами схемы 10 управления и формируют попеременно отпирающие сигналы на первых входах управляемых ключей 11 и 12.

Вторые входы ключей 1 и 12 связаны

50 с генератором 13 опорной частоты, заполняющим временные интервалы импульсами опорной частоты. Третьи входы ключей 11 и 12, соединены с выходами схемы 14 формирования времени измерения и индикации. Импульсы опорной частоты с выходов ключей 1 1 и 12 поочередно подаются на прямой и обратный счетные

10 4 входы реверсивного счетчика l 5 взаимодействующего со схемой. 10 управления.

Суммарная разность с реверсивного счетчика 1 5 последовательно проходит регистр 16 памяти и схему 1 7 индикации. Регистр 16 памяти соединен со схемой 10 управления.

Величина крутящего момента пропорциональна разности углов положения отметчиков 2 и 3 и= к(чГ-ч1) ™КС(чо ам)-(мо-йФ к 1и (1).где М - величина крутящего момента, - углы относительного положения осей отметчиков на окружности вала под нагрузкой

Ч - исходный угол относительного положения осей отметчиков на окружности вала беэ нагрузки, равной 180 угол скручивания вала.

Под действием крутящего момента, передаваемого валом 1, происходит относительное смешение по окружности отметчиков 2 и 3 от первоначального положения (фиг. 2). С выходов датчиков считывания 4 .и 5 снимаются сигналы угловых интервалов Ч„и V > разность которых пропорциональна измеряемому моменту. Эти сигналы после компенсирования погрешности от начальной установки отметчиков в фазокомпенсаторах 6 и 7 поступают на axorw триггеров 8 и 9.

Триггеры 8 и 9 преобразуют сигналы угловых интервалов so временные и формируют импульсы, поочередно открыва.лющие .ключи 11 и 12 соответственно на время (графики 8 и Ь фиг. 3)

С1- О„ ГЩ; где 1 и 1у, - время прохождения отметчиками 2 и 3 углов Чс н

Ч g относительно неподвижных датчиков считывания

4к5;

t1 - число оборотов вала эа 1с. фронты импульсов В z и t управляют ключами 11 и 12, пропускающими импуль сы высокой .частоты опорного генератора

13 на входы реверсивйого счетчика 1 5.

На графиках z и Ь (фиг. 3) показаны осциллографы заполнения реверсивного счетчика в течении временных интервалов 41 и 6 высокочастотными импульсами через входы прямого и обратного, счета.

При нагруж@нии вала 1 количества этих импульсов эа один оборот будут соответственно равны

9204

° .

Ч„10 Ч1 fo д" -" = а где й„и М - количества импульсов опор ной частоты, прошедших через управляемые ключи

11 и 12 соответственио, эа время t1 н ti lå о - стабильная частота опор» ного генератора. p

° За каждый оборот вала 1 реверсивный счетчик 1 5 регистрирует разность количества импульсов первого и второго полупериодов вращения равную йЧ.1 о )s

6N =8 g-й.

Уt1

Суммируя с помощью реверсивного счетчика 15 и схем 14 и 10 разности количеств импульсов эа определенный промежуток времени равный или больящй 20 одного периода вращения вала 1, получаем выражение не зависящее от числа оборотов вала

ВЧ

CЬМ У 90 т Л) (2) 2$ где Т - время суммирования разности.

Подставляя в уравнение (1) значение угла скручивания из формулы (2), получим выражение крутящего момента через суммарную разность показаний ре- 30 версивного счетчика 1 5

1=к — " .3 ай= к„S ай 0 где К„- коэффициент пропорциональнос- 35 ти.

Суммарная разность с выхода ревер сивного счетчика 15 периодически посту= пает в регистр 16 памяти и от него передается на схему 17 индикации. ю

Предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяет увеличить точность измерения в широком диапазоне крутящих моментов и частот вращения вала за счет вычитания ред дщи поi es решностей и сократить вдвое длину базы на валу при одинаковой чувствительности.

10 6

Формула иэобрете ния

1. Способ измерения крутящего момента путем преобразования разности фаэ датчиков угла положения вала ве временной интервал с последующим ae полнением его импульсами опорной чааао- ты и определения крутящего момента нв этой разности, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения чувст вительности и точности, разность фаэ определяют по разности числа импульсов опорной частоты за первые и вторые по- . лупериоды вращения вала.

2. Устройство для измерения крутящего момента, содержащее отметчики угла положения вала, датчики считывания и измерительную схему, о т, л и ч а ю щ е е с я тем, что отметчики угла положения вала сдвинуты друг относительно друга на 180, а измеритель ная схема выполнена в виде двух фяэокомпенсаторов, двух триггеров, двух управляемых ключей, схем управления и индикации, формирования времени измерения и индикации, генератора опорной чаототы, реверсивного счетчика и регистра памяти, при этом датчики считывания че рез фазокомпенсаторы соединены с первыми входами триггеров, вторые входы которых соединены со схемой управления, а выходы подсоединены к первым входам управляемых ключей, вторые и третьи входы которых соединены соответственно с генератором опорной частоты и схемой формирования времени измерения и нищая капни, выходы, управляемых ключей подсоединены к счетным входам реверсивного счетчика, связанного со схемой управления и регистром памяти, который соединен сосхемамн управления и индикации.

Ъ °

Источники информапии, принятые во внимание при - экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

l4 538246, кл. Q 014 3/10, 1975.

2. Фролов Л.Б. Измерение крутят .го момента. М„Эне ", 1967, с. 43 56 (прототип).

920410 г

Составитель В. Гоюиковский

Техред И. Гайду Корректор Ю. Макаренко

Редактор H. Воловик

Подписное

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

Заказ 2319/40; Тираж 883

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по аелам изобретений и открытий

113038, Москва, Ж38, Раушская наб., a, 4/8