Измеритель мощности

 

О П И С А Н И Е (960556

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву " (22) Заявлено 12. 12. 80 (21) 3244544/18-10 с присоединением заявки № (51)М. Кл.

G 01 L 3/24

3ееударотмнный комитет

СССР. ио делам изобретений и открытий (23) П риорнтет (53) УДК. 531.781

".(088.8) Опубликовано 23. 09. 82. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 23. 09. 82 (72) Авторы изобретения

В.А. Гончарук, О.М.Дерфель и И.В.Хохряков

ИзоЬретение относится к контрол ьно-измерительной технике и предназначено для измерения мощности, передаваемой вращающимися валами.

Из вест ный из мери тел ь мощности, передаваемой вращающимся валом, содержащий фазовый измеритель деформации, датчик скорости вращений вала и измерительную схему, не обеспечивает треЬуемой точности измерения (11.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является измеритель мощности, содержащий фазовый измеритель деформации, состоящий из упругого вала, с концами базового участка которого связаны два индуктора с сопряженными с периметрическим зазором зуЬьями, и первого чувствитель- 2о ного элемента, расположенного в зоне зубьев индукторов и соединенного через первый формирователь импульсов с измерительной схемой (2 ).

Недостатком такого измерителя также является низкая точность измерения, обусловленная за ви си мост ью результата измерения от периодически изменяющихся колебаний круговой скорости вращения вала.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в измеритель введены последовательно соединенные второй чувствительный элемент и второй формирова тель импульсов, выход которого связан с измерительной схемой, причем второй чувствительный элемент смещен относительно первого элемента в плоскости перпендикулярной оси ва" ла на угол i, где 2 - суммарное

2Т число зубьев индукторов, а1 - целое нечетное число.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 - пример распалоПоскольку относительные смещения зубьев, вызванные скручиванием вала, обычно невелики, укаэанные неравенства легко удовлетворяются.

Для определения угла скручивания вала в каждом канале схемы за неизменное время Т„эмвросуществляется измерение целого чйсла nap временных интервалов Р+, Л, отвечающих повороту вала на углы Ч ®или Ч, причем результаты измерений регистрируются схемой, соответственно, со знаками

"+" или "-.".

При смещении чувствительных элементов на угол †i (Z - число зу lTi; °

z. бьев, 1=1,3,5,7,...) каналы одновременно измеряют разноименные временные интервалы Р и Л, т.е. если в

96055 жения чувствительных элементов в зоне зубьев индукторов.

Измеритель мощности (фиг. 1) содержит вал 1 и входящие в состав фазового измерителя деформации 2 индукторы 3 и 4, первый 5 и второй 6 чувствительные элементы, выходы которых соединены соответственно с входами первого 7 и второго 8 формирователей импульсов. Одни концы индук- 1о торов 3 и 4 закреплены в контрольных сечениях вала l, а другие концы выполнены в виде дисков с зубьями и пазами, причем зубья одного индуктора расположены в пазах друго- 13 го с периметрическим зазором и взаимодействуют поочередно с двумя чувствительными элементами 5 и 6, которые расположены в зоне зубьев индукторов и смещены относительно друг друга на указанный выше угол в плоскости, перпендикулярной оси вала (фи г. 2) .

Измерительная схема 9 состоит иэ задающего генератора 10, делителя

I1 частоты, формирователя l2 синхросигналов, схемы 13 управления, управ ляющих триггеров 14 и 15, элементов

И 16"21, элементов ИЛИ 22-24; логической схемы 25, реверсивного счетчика 26 деформации, счетчика 27 результата, анализаторов 28 и 29 нуля.

Выход формирователя 7 через первый вхбд измерительной схемы 9 связан со счетным входом первого управляющего триггера 14 с измерительным

35 входом логической схемы 25. Выход формирователя 8,через второй вход измерительной схемы 9 соединен со счетным входом, второго управляющего триггера 15, Единичный выход триг«ао . гера 14 подключен к первому входу . элемента И 17.

Единичный выход триггера 15 связан с первыми входами элементов И 16 и 18 в с первым управляющим входом схемы 13 управления. Нулевой выход триггера 15 подключен к первому входу элемента И 20. Нулевой выход триггера 14 подключен к первому входу элемента И 19 и к второму управляющему входу схемы 13 управления.

Выход задающего генератора 10 связан с входом формирователя 12 синхроимпульсов и через делитель 11 частоты - с первым входом элемента

5$

И 21. Первый выход формйрователя 12 связан с вторыми входами элементов

И 17 и 19 и с синхронизирующими вхо6 дами логической схемы 25 и схемы 13 управления, а второй выход формирователя 12 подключен к вторым входам элементов И 18 и 20. Первый командный выход схемы 13 управления подключен к едини чному входу три ггера

15, а второй командный выход схемы

13 связан с вторым входом элемента

И 16, выход которого подключен к нулевому входу триггера 14. Первый и второй режимные выходы схемы 13 управления через элемент ИЛИ 24 свя- заны с третьими входами элементов .

И 18, 20, третий режимный выход схемы 13 подключен к третьим входам элементов И 17 и 19 и к первому режимному входу логической схемы 25, четвертый режимныи выход схемы 13 связан с вторым входом элемента

И 21 и с вторым режимным входом логической схемы 25. Выходы элементов

И 17 и 18 через элемент ИЛИ 22 подключены к суммирующему входу счетчика 26 деформации, а выходы элементов И 19 и 21 через элемент ИЛИ 23к вычитающему входу счетчика 26. Выход логической схемы 25 подключен к входу счетчика 27 результата. Выходы счетчиков 26 и 27 через свои анализаторы 28 и 29 нуля связаны соответственно с первым и вторым командными входами схемы 13 управления, Цепи начальной установки счетчиков

26 и 27 на фиг. 1 не показаны.

Начальная установка индукторов 3 и 4 друг относительно друга выполнена так, что при всех возможных значениях крутящего момента M„> удовлетворяются неравенства (фиг. 2) 96055

5 первом канале измеряются tO+, то во втором - Р и наоборот. При этом по" лез ная и нформация, поступающая по обоим измерительным каналам, суммируется, а погрешности вызванные . периодическими изменениями скорости вращения вала. 1, вычитаются.

Измеритель работает. следующим образом.

При вращении вала 1 зубья индукторов взаимодействуют поочередно с чувствительными элементами 5 и 6.

Временные сдвиги между соседними импульсами (Р, Ф) на выходах формирователей 7 и 8 пропорциональны геометрическим углам (Ч®, Ч 8) между соответствующими зубьями индукторов.

При наличии М р и возникновения угла скручивания вала 1 взаимное расположение зубьев индукторов 3 и 4 изменяется и происходит относительное смещение импульсов, генерируемых одним и вторым индуктором. При этом изменение разностиЧ@ - однозначно характеризует величину угла 25 скручивания (деформацию) вала.

Процесс определения мощности в предлагаемом устройстве состоит из режимов синхронизации, измерения

М<р и измерения мощности. В режиме 30 синхронизации производится измерение двух соседних временных интервалов

Р и Ф и обеспечивается исходная установка (синхронизация) управляющих триггеров 14 и 15 для получения в режиме измерения М „Р положительной разности -4 ) > О. Начало этого режима синхронизировано передним фронтом импульса на единичном выходе триггера 15 (формируемого при прохож- 4в дении зуба индуктора 3 или 4 под чувствительным элементом 6 ), поступающе- го на первый управляющий вход схемы

13 управления . При этом происходит установка в нуль счетчика 26, на пер- 4, вом режимном выходе схемы 13 управления формируется разрешающий потенциал, который через элемент ИЛИ 24 поступает на третьи входы элементов

И 18 и 20, на вторые входы которых поступает опорная частота от задающего генератора 10 через формирователь 12. За. интервал времени до прохождения следующего. зуба индуктора под чувствительным элементом 6 тригЫ гер 15 сохраняет единичное состояние, элемент И 18 открыт и опорная частота через элементы И 18, ИЛИ 22 поступает на суммирующий вход реверсивно6 6 го счетчика 26, Очередным импульсом с выхода чувствительного элемента 6 и формирователя 8 триггер 15 устанав-. ливается в нулевое состояние в импульсы опорной частоты поступают через элементы И 20, ИЛИ 23 на вычитающий вход счетчика 26. К моменту начала режима синхронизации, в общем случае триггер 15 может находиться в произвольном состоянии, т.е, период его нахождения в единичном состоянии может соответствовать как t так и с0, Если в режиме синхронизации еди ничному состоянию триггера 15 соответствует интервал t®, а нулевомуtO, то результат квантования этих интервалов и подсчет соответствуюцих импульсов реверсивным счетчиком

26 будет положительным (У -ЧM) и переполнение счетчика 26 не произойдет. Если же начальное положение триггера 15 таково, что единичному состоянию отвечает Ф, а нулевомуt,,то результат счета в счетчике 26 отрицательным (-Ч®+9 <0), счетчик

26 переполнится и через анализатор нуля 28 на первый командный вход схемы 13 управления поступит сигнал, по которому с первого командного выхода схемы 13 управления на единичный вход триггеры 15 поступит импульс, переведя его в единичное состояние, чем . обеспечивается изменение его фазировки относительно последовательности углов Ч®, Ч, Y©+, Ч,... и положительный знак разности Ч @-ЧЕ >О при последующих измерениях. Затем импуль" сом с второго командного выхода схемы 13 управления, поступающим на второй вход элемента И 16, на первом входе которого находится разрешающий потенциал с единичного выхода триггера 15, триггер 14 устанавливается в нулевое состояние и таким образом обеспечивается синхронизация работы . обоих каналов измерения - от чувствительных элементов 5 и 6.

Режим синхронизации заканчивается после формирования очередного сигнала на единичном выходе триггера 15, поступающего на первый управляющий вход схемы 13 управления. Таким об- разом, длительность режима синхро" низации не.превышает интервала времени, равного Р+Ф.

Режим измерения М„реализуется на зафиксированное время Т„ р,от960556 8 пульсами первого измерительного каканала, а импульсы с второго выходаквантующими импульсами второго измерительного канала. Так как кванту.ющие импульсы каждого измерительно.го канала сдвинуты по фазе на половину периода, то при их поI ступлении на одноименные или разноименные входы счетчика 26 они просчи. тываются без потерь.

Процесс подсчета разности t -тО в счетчике 26 (в каждом измерительном канале) аналогичен работе схемы в режиме синхронизации. Так как измеряемая разность V®- Ч равна сумме угла начальной установки индукторов

3 и 4 и измеряемого угла деформации вала 1, то внесенная в счетчик 26 начальная уСтавка (равная величине угла начальной установки индукторов

B дополнительном коде) вычитается и результатом в режиме измерения И wp является величина, пропорциональная .только углу. деформации вала 1, т,е. величине крутящего момента И„,.

Режим измерения И . завершается после переполнения счетчика 27 и поступления сигнала через анализатор нуля 29 на второй командный вход схемы 13 управпения, по которому по.сле прихода сигналов с выходов триггеров 14 и 15 на первый и второй управляющие входы схемы 13 управления снимаются разрешающие потенциалы с соответствующих (второго и третьего) режимных выходов схемы 13 управления и подсчет импульсов в счетчике 26 прекращается. Этим обеспечивается завершение режима измерения И по каждому измерительному каналу только после реализации под.счета:целого числа пар разностей сЕ-Р. считываемое счетчиком 27, на который через логическую схему 25, управляемую сигналом с третьего режимного выхода схемы 13 управления, поступают импульсы с первого выхода фор- % мирователя 12 синхросигналов от задающего генератора 10. Перед началом данного режима осуществляется начальная установка счетчиков 26 и

27. Счетчик 27 обеспечивает отсчет времени Т вра в счетчик 26 вносится уставка, пропорциональная углу начальной установки индукторов 3 и 4. С помощью счетчика 26 осуществляется подсчет числа импульсов, 1 пропорциональных величине деформации вала 1.

Информация о величине И поступает на .счетчик 26 одновременно по двум указанным измерительным кана- 20 лам. Для исключения дополнительных погрешностей в каждом канале производится измерение. целого числа пар интервалов t, te. Для это"

ro начало режима измерение И„ по 25 тракту чувствительного элемента 6 синхронизировано передним фронтом сигнала с единичного выхода триггера 15, поступающего на первый управляющий. вход схемы 13 управления, на щ втором режимном выходе которой формируется при этом разрешающий потенциал, поступающий через элемент

ИЛИ 24 на третьи выходы элементов

И 18 и 20.

Иачало режима измерение И<Р по тракту чувствительного элемента 5 синхронизировано передним фронтом сигнала с нулевого выхода триггера

14, поступающего на второй управляющий вход схемы 13 управления, на третьем режимном выходе которой в этот момент формируется разрешающйй потенциал,. поступающий на третьи входы элементов И 17 и 19.

Для подсчета импульсов квантования измеряемых временных интервалов по двум измерительным трактам с помощью одного счетчика 26 в схеме измерителя использован формирователь

l2 синхросигналов, на вход которо- . го поступает частота с выхода задаю-, щего генератора 10, а на двух его выходах формируются две серии синх55 роимпульсов, сдвинутых по фазе на по-. ловину: периода квантующей частоты, Импульсы с первого выхода формиро вателя 1 являются квантующими имПри переходе к режиму. измерения мощности на чатвертом режимном выходе схемы,13" управления формируется разрешающий потенциал, в результате чего на вычитающий вход счетчика

26 через элементы ИЛИ 23, И 21 и делитель 11 частоты подключаются сигналы задающего генератора 10,а на вход счетчика 27 через логическую схему 25 подключаются сигналы от формирователя 7 ймпульсов чувствительного элемента 5, частота следования которых пропорциональна скорости вращения вала 1. При этом в режиме измерения мощности B счетчике 27 эа

9 . 96055 время, пропорциональное крутящему моменту, подсчитывается число импульсов, пропорциональное скорости вращения вала, что соответствует измеря" емой мощности, передаваемой вращающимся валом 1.

Данный режим завершается при обнулении счетчика 26 по сигналу, поступающему с выхода анализатора нуля 28 иа первый командный вход схе- 1о мы 13 управления. При этом разрешающий потенциал на четвертом режимном выходе схемы 13 управления снимается и цикл измерения завершается.

Использование в измерителе второ- И

ro чувствительного элемента, смещен-. ного относительного первого элемента

2Л на угол — C, позволит повысить точность измерения за счет снижения по. грешности, вызванной периодически повторяющимися при каждом обороте вала изменениями его скорости вра" щения.

Формула изобретения

Измеритель мощности, содержащий фазовый измеритель деформации, сос10 тоящий из упругого вапа, с концами базового участка которого связаны два индуктора с сопряженныли с периметрическим зазором зубьями, и первого чувствительного элемента, расположенного в зоне зубьев индук" торов и соединенного через первый формирователь импульсов с измерительнойсхемой, отли чающий"., с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные второй чувствительный элемент и второй .фори рователь импульсов, выход которого связан с измерительной схемой, причем второй чувствительный элемент смещен относительно первого элемента в плоскости перпендикулярной оси вала на угол -i где 2 - суммарное число зубьев индукторов, à i целое нечетное число.

Источники информации, принятые во внимание FlpH экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Н 711389, кл. G 01 L 3/24, .01.08.77.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2940191/18-10 (090431), кл. G 01 E 3/24, 16.06.80 (прототип).

960556

Составитель Г.Целибеев

Техред И. Надь Корректор Л.бокаан

Редактор А.Козориз

Заказ 72 9/

Тираж 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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