Устройство для измерения величины и угла дисбаланса изделий

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) ЗаЯвлено 21.01.81 (21) 3236109/25-28

1И1М. Кп.з с присоединением заявки HP—

G 01 М 1/22.

Государственный комитет

СССР по деаам изобретений и открытий (23) Приоритет

)$3) УДК620.1.05в

:531.24 (088.а>

Опубликовано 1 й182. Бюллетень НР42

Дата опубликования описания 15. 11. 82 (72) Автор изобретения

В.И. Петрович

Центральное конструкторское бюро Главэнергоремонта

Министерства энергетики и электрификации СССР (71) Заявитель

{54) УС.сРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И УГЛА

ДИСБАЛАНСА ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологии машино- и агрегатостроения для динамической балансировки ВРащающихся изделий, таких как роторные турбины, генераторы, электродвигатели и т.д.

Известно устройство для измерения величины и угла дисбаланса изделий, содержащее вибродатчик,два канала измерения ортогональных составляющих дисбаланса, выполненных каждый в виде последовательно соединенных .аналоговых умножителя, связанного выходом с вибродатчиком, и интегратора, сумматор, связанные с ним регистратор величины дисбаланса и блок измерения угла дисбаланса, а также последовательно соединенные датчик опорного сигнала н формирователь ортогональнык опорных сигналоа, выходы которого связаны со вторыми входами аналоговых умножителей и блока измерения угла дисбаланса, а входы сумматора подключены к вы« ходам аналоговых интеграторов jl).

Недостатком устройства является пониженная точность измерения величины угла дисбаланса, связанная .с погрешностями нелинейных преобразований в суввааторе и блоке измере,ния угла дисбаланса.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения величины и угла дисбаланса изделий, содержащее вибрадатчик, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь, два канала измерения ортотп гональных составляющих дисбаланса, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных аналоговых умножителя, связанного с вы" ходом масштабно-временного преобразователя, и интегратора, сумматора, .:регистратор величины дисбаланса, блок измерения угла дисбаланса, датчик опорного сигнала и связанный с ним формирователь ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны с вторьвюи входами аналоговых умножителей (2) .

Каждый канал измерения ортогональных составляющих дисбаланса содержит также второй умножитель, входы которого связаны с выходом аналогового интегратора и соответствующим выходом формирователя ортогональных опорных сигналов, а выход — со входом сумматора, выход сумматора подключен ко входам измерителя величины

974172 дисбаланса и блока измерения угла дисбаланса, а второй вход последнего связан с одним из выходов формирователя ортогональных опорных сигналов.

Применяемая s данном устройстве схема преобразования сигналов, пропорциональных ортогональным составляющим дисбаланса, в сигнал, пропорциональный величине и углу дисбаланса, ,имеет следующие недостатки, снижающие точность и производительность ба-10 лансировки: имеет место погрешность измерения величины дисбаланса вносимая зависимостью величины ортогональных составляющих сигнала дисбаланса

U„ H U> от амплитуды U@ опорного. 15 сигнала, вырабатываемого формирователем ортогональных опорных сигналов; имеет место погрешность, вносимая самими аналоговыми умножителями„ изза зависимости их коэффициентов пе- 2О редачи К от температуры, амплитуды входных сигналов и других параметров; большое время измерений, особенно при балансировке на низких частотах вращения, определяемое необхоцимыми постоянными времени измерителя величины дисбаланса и, в особенности, аналогового интегратора, производящего. усреднение при измерении сдвига угла.

Целью изобретения является повышение точности и производительности балансировки.

11оставленная цель достигается тем, что для измерения величины и угла дисбаланса изделий устройство, со- 35 держащее вибродатчик, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь, два канала измерения ортогональных составляющих дисбаланса, каждый иэ которых выполнен в виде последовательно соединенных аналоговых умножителя, связанного с выходом масштабно-временного преобразователя и интегратора, сумматор, регистратор величины дисбаланса, блок 45 измерения угла дисбаланса, датчик опорного сигнала и связанный с ним формирователь ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны с вторыми входами аналоговых умножителей, снабжено последовательно соединенными импульсным генератором, делителем частоты и дешифратором, фильтром нижних частот, вход которого связан с выходом сумматора, а

ыход подключен к регистратору. веичинЫ дисбаланса и первому входу блока измерения угла дисбаланса, второй вход которого связан с первым выходом дешифратора, а третий — c выходом импульсного генератора, а 60 каждый канал измерения ортогональных составляющих дисбаланса дополнительно снабжен подключенным к выходу интегратора аналоговым инвертором и двумя аналоговыми ключами, сигнальные входы которых. подключены к выходам инвертора и интегратора, управляющие входы объединены вместе и связаны с соответствующим выходом дешифратора, а выход соединен с входом сумматора.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит вибродатчик 1, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь 2, два канала 3 и 4 измерения ортогональных составляющих дисбаланса, выполненные каждый. в виде последовательно соединенных аналоговых умножителей 5 и 6, связанных входом с выходом масштабно-временного преобразователя 2, интеграторов 7 и 8, инверторов 9 и 10, и ключей 11 и 12, а также вторых аналоговых ключей 13 и 14 связанных сигнальными входами с выходами интеграторов 7 и 8 соответственно, а выхо дами — с выходами первых ключей 11 и 12 соответственно, датчик 15 опорного сигнала, связанный с ним формирователь 16 ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны со вторыми входами аналоговых умножителей 5 и 6, последовательно соединенные сумматор 17, фильтр 18 низких частот и регистратор 19 величины дисбаланса, последовательно соединенные импульсный генератор 20, делитель 21 частоты и дешифратор 22, выходы которого соответственно подключены к объединенным вместе управляющим входам ключей 11 и 13, 12 и 14, причем выходы последних связаны со входами сумматора 17.

Устройство содержит также блок 23 измерения угла дисбаланса, выполненный в виде последовательно соединенных ограничителя 24, RS-триггера 25, ключа 26, счетчика 27 импульсов и цифрового индикатора 28 угла, вход ограничителя связан с выходом фильтра 18 нижних частот, второй вход

RS-триггера 25 — с первым выходом дешифратора 22, сигнальный вход ключа

26 — с выходом импульсного генератора 20.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с вибродатчика 1 через масштабно-временной преобразователь 2 поступает на входы аналоговых умножителей 5 и 6, каналов 3 и 4 измерения ортогональных составляющих дисбаланса. На другие входы этих умножителей 5 и 6 поступают сигналы с формирователя 16 ортогональных сигналов, сдвинутые друг относительно друга на угол л/2 и с частотой, равной частоте вращения балансируемого изделия. На вход формирователя 16 поступает сигнал с импульсного датчика опорного сигнала 15, вырабатывающего один импульс эа один оборот

974172 из составляющих Ugp =UDGE sin w1t +

OP

+ Е:: - 1 sin mw„t, щ=ъ m где m = 3, 5, 7... Т.е. имеется гармонический сигнал с частотой и ам5

U плитудой Uо„= +I

Аналогично на втором входе сумматора 17 спектр имеет вид

U = К A sinV и U = К1A сов

0 где К - коэффициент передачи анаром дисбаланса и импульсом, вырабатываемым датчиком 15 опорного сигнала.

К выходам интеграторов 7 и 8 подключены аналоговые инверторы 9 и 10, представляющие собой усилители с коэффициентами передачи равными 1.

Таким образом, на выходах инверто- 20 ров 9 и 10 образуются постоянные напряжения — USv -U . Входы аналогового сумматора 17, имеющего коэффициент передачи, равный единице, с помощью ключей 11 и 13, 12 и 14 могут подключаться либо на выходы интеграторов / и 8, либо на выходы инверторов

9 и 10. Ключи 11-14 управляются прямоугольными импульсами типа меандр, сдвинутыми по фазе друг относительно друга на 1/4 периода и с частотой ао

Эти импульсы вырабатываются дешифра,тором 22, подключенным к делителю 21 частоты с коэффициентом деления равным 360 ° Делитель 21 частоты управля ется импульсным генератором 20, кото- З5 рый вырабатывает сигналы с фиксированной частотой м2=360м1. Для. увеличения быстродействия частота выбирается достаточно высокой и не зависит от частоты вращения балансиру- 40 емого изделия.

Ключи 11 и. 13, 12 и 14 переключают входы сумматора 17 таким образом, что на один вход подается напряжение в течение времени 0 . t. y и -U в те- 45 т

Т чение времени — < t <Т: а на второй

Т 3 вход — U в течение времени — < «4Т

+ UD в течение времени 0<ив

Т

4 50

3 . 2Я и -

Известно, что такие импульсы содержат кроме основной гармоники с 4ф частотой wÄ только нечетные гармоники.

Разложение в ряд Фурье импульсов, поступающих на первый вход сумматора

17, показывает, что спектр состоит 65

В су™аторе 17 происходит векторное сложение составляющих всех присут)5 ствующих гаРмоник. Спектр сигнала на выходе сумматора 17 имеет вид

Ч V 2.ю

0 .360 1 360 ш, Через ключ 26 импульсы с.импульсного генератора 20, работающего с частобалансируемого иэделия. К в ходам умножителей 5 и 6 подключены аналоговые интеграторы 7 и 8, которые вырабатывают постоянные напряжения пропорциональные синфазной и квадратурной составляющим вектора дисбаланса, т.е ° соответственно логовых умножителей;

Ao — величина дисбаланса;

Ч фазовый сдвиг между векто

0 = 0 ЗМ (ю14+Ч)+.Е:: — в)и m(м +Ч).

m 1 где. UD

ОХ ОУ

К выходу сумматора 17 подключен фильтр 18 нижних частот с частотой среза ш1, фильтрующий все высшие гармоники. На выходе фильтра нижних частот образуется чисто синусоидальное напряжение

Q(t) = UoSiA (at+ ) KA06)D(w1t+ C)< где К = 0„707 К1.

Таким образом,. на выходе фильтра

18 нижних частот образуется переменное напряжение с частотой < 1, амплитудой, пропорциональной велйчине дисбаланса, и сдвигом фазы, равным сдвигу фазы между вектором дисбаланса и опорным импульсом, вырабатываемым датчиком 15 опорного сигнала. Регистратор 19 величины дисбаланса регистрирует амплитудное значение Uo.

Измерение угла дисбаланса происходит следующим образом.

К выходу фильтра 18 нижних частот подключен ограничитель 24, который преобразует синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы с фазой, соответствующей переходу переменного напряжения через нуль ° Эти импульсы поступают на S — - вход RS — триггера

25. На и — вход этого триггера 25 поступают импульсы с дешифратора 21, управляющие ключами 11 и 13. Выход

RS триггера 25 также управляет ключом 26, который открывается при приходе переднего фронта импульса с дешифратора 22 и закрывается при приходе переднего фронта импульса с ограничятеля 24.

Таким образом, время открывания ключа 2б.пропорционально углу дисбаланса

974172

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 8682/57 Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, Ул.Проектная,4 той ы1= 360 Ä, поступают на счетчик 27 импульсов. Число импульсов, поступающих на счетчик 27, равно углу дисбаланса- в градусах яiИГ отa Lt. и и индицируется с помощью цифрового индикатора 28 угла. Отсутствие в устройстве для определения вычисления величины и угла дисбаланса дополнительных анало говых умножителей позволяет исключить погрешности, обусловленные зависимостью коэффициента преобразо вания от коэффициента передачи аналогового умножителя и амплитуды опорного сигнала. Так как преобразование осуществляется с не зависящей от скорости вращения балансируемого изделия частотой, которая может быть выбрана достаточно большой, снижается время измерения.

В результате повышается точность и производительность балансировки. устройство для измерения величи.ны и угла дисбаланса изделий, содержащее вибродатчик, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь, два канала измерения ортогональных составляющих дисбаланса, каждый из которых вйполнен в виде последова-. тельно соединенных аналоговых умножителя, связанного с выходом масштабно-временного преобразователя и интегратора, сумматор, регистратор величины дисбаланса, блок измерения угла дисбаланса, датчик опорного сигнала и свяэайный с ним формирова» тель ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны с вторыми входами аналоговых умножителей, о тл и ч а ю щ е е с я тем, .что, с целью-повышения точности и производительности, оно снабжено последова1Î тельно соединенными импульсным генератором, делителем частоты и дешифратором, фильтром нижних частот, вход которого связан с выходом сумматора, а выход подключен к регист15 ратору величины дисбаланса и первому входу блока измерения угла дисбаланса, второй вход которого связан с первым выходом дешифратора, а третий - с выходом импульсного генера20 тора, а каждый канал измерения ортогональных составляющих дисбаланса дополнительно снабжен подключенными к выходу генератора аналоговым инвертором и двумя аналоговыми ключами, 2 сигнальные входы которых подключены к выходам инвертора и интегратора, управляющие входы объединены вместе и связаны с соответствующим выходом дешифратора, а выход соединен с входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Hermann Brunnengrhber, Peter

Drust, Nebverfahren 1n der Auswuchttechn1 Hofmann Info М 2. Проспект

З5 фирмы Gebr. Hofmann GmbH, ФРГ, 1979 с. 9.

2. Патент COL 9 4.004.464, кл. G 01 И 1/22, 1977 (прототип).