Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов

 

ОЛ ИСАНИЕ

И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()938022

Союз Советскик

Социалистичвскмк, Республик (6l ) Дополнительное к авт. свиЛ-ву (22) Заявлено р8. 1р. 80 (21) 2996274/18-21 с присоединением заявки %в (5! )М. Кл.

С О1 0 g/12

Ркуаврстеенный комитет

СССР

10 делам изобретений и открытий (23)Приорнтет(53) ЙК 531.717. .55(ОЦ8.8) Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетень .% 23

Дата опубликования ойисвния 23.Щ 82 (72) Авторы изобретения

В. Г, Гусев, В. Ф. Проценко и С. С.Торопбв., «1Уфимский авиационный институт им. СЛЩДжоникмдзе (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЬЕКТОВ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для измерения динамических параметров деформаций,давления, крутящего момента и т.п. вра5 щающихся объектов с помощью бесконтактных токосъемников трансформаторного типа и резистивных преобразователей,расположенных на вращающемся объекте. ю

Известно устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов с использованием бесконтактных индуктивных токосъемников (lj

Однако устройство не может одновременно обеспечить работу преобразователей в широком диапазоне частот измеряемого динамического параметра.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее питающий и передающий бесконтактные токосъемники трансформаторного типа, обмотку обрат ной связи, генератор прямоугольного напряжения> усилитель постоянного то ка, тенэометрический иост и регистри рующий блок.

Работа устройства основана на питании цепи резистивного преобразователя квазипостоянным током за счет обнуления разностного сигнала, возникающего на дифференциальном входе усилителя постоянного тока между напряжением генератора и напряжением обмотки обратной связи 2).

Устройство обладает недостаточной точностью передачи прямоугольного напряжения и склонностью системы к самовозбуждению из-за необходимости применения в нем усилителя постоянного тоМа с большим коэффициентом усиления по напряжению К„. При этом напряжение питания тенэометрического моста От точно соответствует напряжению генератора прямоугольного на" пряжения только при Ки = оэ, Конечная величина коэффициента К и приводит к погрешности передачи постоянно3 93802 го тока в цепь тензореэисторов в каждый иэ полупериодов прямоугольного напряжения, вырабатываемого генератором. Причем йогрешность возрастает пропорционально длительности полупери- 5 лДа питающего напряжения. Отклонение величины тока, протекающего через тен. зорезисторы, от номинального значения приводит к погрешности измерения ди" намического параметра. Кроме того, 10 реальные усилители, обладающие большими коэффициентами усиления К

И склонны к возбуждению и для сохране ния устойчивости необходимо дополнительное его ограничение. 15

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения динамических параметров вращающихся объектов, содержащем генератор прямоугольного напряжения, усилитель постоянного тока, тензометрический мост, регистрирующий блок, питающий токосъемник,включающий в себя после- 25 довательно соединенные первичную обмотку и обмотку обратной связи, а также первую подвижную обмотку, кроме того, передающий токосъемник, включающий в себя вторую подвижную З0 и неподвижную обмотки, причем первая и вторая подвижные обмотки включены э соответствующие диагонали тензометрического моста, а неподвиж-, ная обмотка соединена со входом регистрирующего блока, выход обмотки обратной связи через последовательно соединенные усилитель постоянного тока и генератор прямоугольноГо напряжения соединен с общей точкой 40 соединения обмотки обратной связи и первичной обмотки питающего токосъемника.

Таким образом, на вход усилителя

5 постоянного тока воздействует только напряжение, равное по величине падению напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки 2. Это напряжение передается усилителем

5 постоянного тока с коэффициентом усиления по напряжению Кы = 1 в первичную цепь питающего токосъемника

1, где оно суммируется с напряжением генератора 11 прямоугольного напряжения и, таким образом, компенсирует падение напряжения на активном сопротивлении первйчной обмотки 2. Компенсация падения напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки 2 позволяет исключить его влияние и тем самым передать во вторичную цепь напряжение, точно соса.ветствующее напряжению, приложенному к первичной обмотке 2 питающего токосъемника. До

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов содержит питающий бесконтактный токосъемник 1 трансформаторного типа с первичной обмоткой 2, обмоткой 3 обратной связи, размещенными в статорной части, и первую подвижную обмотку 4, усилитель 5 постоянного тока,тензометрический мост 6, передающий бесконтактный токосъемник трансформаторного типа с второй подвижной обмоткой 8 и неподвижной обмоткой 9, регистрирующий блок 10 и генератор 11 прямоугольного напря жения.

Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объек тов работает следующим образом. . На выходе генератора 11 прямоугольного напряжения формируется двуполярное напряжение прямоугольной формы, которое прикладывается к первичной обмотке 2 питающего токосъемника 1 через низкое выходное сопротивление усилителя 5 постоянного тока. Изменение полярности осуществляется через время t, которое должно быть заведомо больше периода низшей частоты контролируемого параметра. . Приложенное к обмотке 2 напряжение генератора 11 вызывает протекание по ней тока i< и возникновение

ЭДС взаимной индукции в обмотке 3 обратной связи, значение которой отличается от приложенного напряжения на величину падения напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки 2, Так как первичная обмотка 2 и обмотка 3 обратной связи включены встречно, а коэффициент связи между ними Кс =.1, то ЭДС взаимной индукции компенсирует ЭДС самоиндукции первичной обмотки 2. Благодаря применению усилителя постоянного тока с высоким входным сопротивлением ток, протекающий по обмотке 3 обратной связи, пренебрежимо мал и практически не создает падения напряжения на ее активном сопротивлении.

Ю1

1y t †. 1К 0 =Е

14 ВК д% дух

1111 д,, — а, 1 2.Г2+ ЗЬХ=

Й Рь о,, + q „-O

25 где r, r

4 2.

- активные сопротивления первичной обмотки 2 и обмотки 3 обратной связи соответственно; 30

- ток, протекающий в первичной обмотке 2 и обмотке 3 обратной связи соответственно; входное напряжение усилителя 5 постоянного тока; коэффициент передачи по напряжению усилителя 5 постоянного

40 тока;

- ЭДС источника постоянного .напряжения, расположенного в генераторе прямоуголь45 ного напряжения;

- потокосцепления первичной обмотки 2, об" мотки 3 обратной связи и первой подвиж50 ной обмотки соответственно;

- ток нагрузки, потребляемый тензометрическим мостом 6;

- суммарное сопротив55 ление тензометрического моста 6 и первой подвижной обмотки 4., i», i

V

9Х ки 11 V2, Ч

5 9380 кажем это с помощью методов теории электрических цепей.

Электрическая схема устройства может быть описана уравнениями Кирхгофа, составленными соответственно для трех контуров. Первый контур включает первичную обмотку 2, генератор 11, усилитель 5 напряжения постоянного тока; второй - первичную обмотку 2, обмотку 3 обратной связи, 10 усилитель .5 постоянного тока; третийпервую вращающуюся обмотку 4, тензометрический мост 6, Система уравнений для указанных контуров имеет вид !5

22 6

Конструктивные особенности устройства таковы, что выполняется ряд услоций:

1. Питающий токосьемник 1 работает в линейном режиме, что обеспечивается воздушным зазором в магнитопрово-. де, необходимым для вращения первой подвижной обмотки 4. В связи с этим можно принять = ОЧ 1, где а - постоянный коэффициент, учитывающий потоки рассеяния, величина которого находится в пределах ас 0 < 1.

2. Первичная обмотка 2 и обмотка

3 обратной связи намотаны скрученными. вместе проводами с одинаковым числом витков, поэтому коэффициент связи между ними К = 1 и выполняется равенство .dVq ЙЧ 0.

3. Входное сопротивление усилителя l

5 постоянного тока велико, поэтому входной ток его пренебрежимо мал и

1 — 0

4. Коэффициент К передачи по на пряжению усилителя равен единице.

Положив%,=%„Ф, Ч = 02Ф2; Ч = ЬФ где ф1 ф„, ф — соответствующие магнитные, потоки; И1, Чя, Wq - число витков соответствующих обмоток, с уче"ом изложенных условий уравнения системы примут вид

1 1V++%I1 И+0 =Е

С5

gll ФОСЬ=О

dd)„ ааъ д +1НГН=О

Значение напряжения 0 питания тензометрического моста Ь определяется как

%5

Т Ф4

Π=a — e.

Полученное выражение доказывает, что напряжению питания тензометричес. кого моста 6 соответствует ЭДС источника постоянного напряжения, расположенного в генераторе 11 при выполнении условия а.— =1 4lq Wq что легко может быть достигнуто подбором числа витков W< первичной обмотки 2 и первой подвижной обмотки И.

Формула изобретения

Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объек7 93802

Это напряжение поступает на одну иэ диагоналей тенэометрического мосте 6, расположенного на вращающемся объекте. Разбаланс тенэометрического моста 6 под действием контролируемого 5 параметра x(t) приводит к возникновению тока в его измерительной диагонали, протекающего через вторую вращающуюся обмотку 8 передающего токосъемника 7. Индуктированный 10 в неподвижной обмотке 9 сигнал, пропорциональный величине разбаланса тензометрического моста 6, регистрируется блоком 10, Использование усилителя постоянно- 15 го тока с большим входным сопротивлением и коэффициентом усиления по на,( пряжению, равным единице, позволяет исключить погрешность передачи постоянного тока в цепь тензореэисто-, 20 ров, которая возникает в известном устройстве при обнулении входного сигнала усилителем с большим коэффициентом усиления по напряжению. Одновременно исключается .возможность 25 возбуждения системы, так как усиление по петле общей обратной связи не превышает единицу. тов, содержащее генератор прямоуголь. ного напряжения, усилитель постоянного тока, тензометрический мост ре( гистрирующий блок, питающий тЬкосъемник, включающий в себя последо" вательно соединенные первичную обмотку и обмотку обратной связи, а также-первичную подвижную обмотку, кроме того, передающий токосъемник, включающий в себя вторую подвижную и неподвижную обмотки, причем первая и вторая подвижные обмотки включены в соответствующие диагонали тензометрического моста,,а неподвижная обмотка соединена со входом регистрирующего блока, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, выход обмотки обратной связи через последовательно соединенные усилитель постоянного тока и генератор прямоугольного напряжения соединен с общей точ+ кой соединения обмотки обратной связи и первичной обмотки питающего токосъемника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Самбурский А.И., Новик В.К. Бесконтактные измерения параметров вращающихся объектов. М., "Машиностроение", 1976.

2, Авторское свидетельство СССР

N .2770907/10-21, 27.".03. 80

938022

Составитель B.Ðÿáöåa

Редактор А.Шишкина Техред н,Тепер Корректор О,Билак

Заказ 4442/60 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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