Устройство для измерения угла закручивания вращающегося вала

 

и

1. (72) Авторы изобретения

Б. К. Куприк и А. И. Двойннченко (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА

ЗАКРУЧИВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла закручивания вала в широком диапазоне частоты его вращения.

Известно устройство для измерения угла закручивания вращающегося вала, в котором угол закручивания преобразуется в фазовый сдвиг между последовательностями импульсов 5 13 .

1О

Однако это устройство имеет сравнительно малое быстродействие и не может производить измерения при малых скоростях вращения вала.

Наиболее близким по технической сущ 1з ности к изобретению является устройство для измерения угла закручивания вращающегося вала, содержащее две одинаковые схемы включения с входами для подсоединения датчиков, вырабатывающих сит палы треугольной формы при повороте вала, и сумматор, первые и вторые сиг«

3QUIbRbte входы которого соединены соот2 ветственно с сигнальными выходами первой и второй схем включения l2 1 .

Известное устройство также имеет малое быстродействие, большую погре ьность при малых скоростях вращения вала и, кроме того, не позволяет измерять угол закручивания в любой фазе поворота вала.

Целью изобретения является обеспечение воэможности измерения в любой фазе поворота вала.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введен узел управления, при этом первые управляющие выходы первой и второй схем включения подсоединены соответственно к первому и второму входам узла управления, а вторые управляющие выходы первой и второй схем включения подсоединены соответственно к первому и второму управляющему входам сумматора, причем первый выход узла управления подключен к третьем„управляющему входу сумматора, к вторым управляющим входам

8 ф элемента связаны через первый ключ и источник напряжения.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2-4 - схемы включения узла управления и сумматора; на фиг. 5 и 6 - эпюры сигналов на выходах узлов.

Устройство содержит входы 1 и 2, две идентичные схемы 8 и 4 включения, узел 5 управления, сумматор 6 и выход

7 устройства.

Входы и выходы узлов устройства, через которые проходят сигналы аналогового вида, называются сигнальными, а входы и выходы, через которые проходят сигналы дискретного вида, называются управляющими. Схемы 3 и 4 включения состоят из формирователей 8 и 9, логических элементов И-НЕ 10 и 11, триг гера 12, коммутатора 13 знака и формирователя 14.

Узел 5 управления состоит из инвертора 15, триггера 16, логического элемента И-НЕ 17 и триггера 18.

Сумматор 6 состоит из триггера 19, ключа 20, источника 21 напряжения, суммирующего элемента 22, ключа 23.

Входы 1 и 2 устройства соединены соответственно с сигнальными входами схем 3 и 4 включения, сигнальные выходы которых поцключены соответственно к первому и второму сигнальным входам сумматора 6.

Первые управляющие входы схем 3 и

4 включения соединены соответственно с первым и вторым входами узла 5 управления. Первый выход узла 5 управления соединен с первым и вторым управляющими входами схемы 3 включения, вторым управляющим входом схемы 4 включения и третьим управляющим входом сумматора 6. Второй выход узла 5 управления соединен с вторым управляющим входом схемы 4 включения и четвертым управляющим входом сумматора 6. Вторые управляющие выходы схем 3 и 4 включения соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами сумматора 6. . В схемах 3 и 4 включения сигнальный вход соединен с входами формирователей

8 и 9 и коммутатора 13 знака. Выходы формирователей 8 и 9 соединены соответственно с первыми входами элементов

И-НЕ 10 и 11, вторые входы которых соединены с первым управляющим входом. Выход формирователя 9 соединен дополнительно с первым управляющим выходом. Выходы элементов И-HE 10

3 97990 обеих схем включения, а так же к первому управляющему входу первой схемы включения, второй выход .узла управления подключен к второму управляющему входу второй схемы включения и к четвертому управляющему входу сумматора.

Узел управления состоит из инвертора, двух триггеров и элемента И-НЕ, при этом первый вход узла управления через инвертор соединен с первым входом первого триггера, выход которого подключен к первому выходу узла управления, а также к первому входу элемента . И-НЕ и к второму входу второго триггера, второй вход узла управления подключен к второму входу элемента И-НЕ,, выход которого подключен к первому входу второго триггера, выход которого подключен к второму выходу узла управ- . ления

zo

Схема включения состоит из трех формирователей, двух элементов И-Н.Е, триггера и коммутатора знака, при этом сигнальный вход схемы включения соединен с входами первого и второго формирователей, а также через коммутатор знака с сигнальным выходом схемы включения, выход первого формирователя соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, выход второго формирователя соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и с первым управляющим выходом схемы включения, выходы первого и второго элементов И-НЕ подключены к одноименным входам триггера, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора знака, а также через третий формирователь с вторым управляющим выходом схемы включения, причем первый управляющий вход схемы

40 включения подключен к вторым входам обеих элементов И-НЕ, а второй управляющий вход схемы включения подключен к третьему входу триггера.

Сумматор состоит из триггера, двух ключей, источника напряжения и суммирующего элемента, причем первых три управляющие входа сумматора подключены к одноименным входам триггера, выход которого подключен к управляющему входу Первого ключа, четвертый управляющий вход сумматора подключен к управляющему входу второго ключа, первый и, второй сигнальные входы сумматора подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего элемента, выход которого через второй ключ связан с выхоцом сумматора, при этом треI тий и четвертый входы суммирующего

08 6

5 8799 и 11 соединены с входами триггера 12, третий вход которого соединен с вторым управляющим входом. Прямой выход трит гера 12 соединен с входом управления коммутатора 13 знака и через формирова у тель 14 с вторым управляющим выходом. Выход коммутатора 13 знака соединен с сигнальным выходом схемы.

Первый вход узла 5 управления соединен через инвертор 15 с одним входом 1Ф триггера 16. Второй вход триггера 16

:используется для установки элементов устройства в исходное состояние путем подачи команды «Сброс". Прямой выход триггера 16 соединен с входами элемен- М та И-НЕ 17, триггера 18 и с первым выходом узла 5 управления, Второй вход узла 5 управления соединен с вторым входом элемента -HE 17, выход которого соединен с первым входом триггера рр

18. Прямой выход триггера 18 соединен с вторым выходом узла 5 управления.

Первый, второй и третий управляюшие входы сумматора 6 соеди|сны с соответствуюшими входами триггера 19.

Прямой выход триггера 19 соединен с входом управления ключа 20, вход которого подключен к одному выходу источника

21 напряжения. Второй выход источника

21, выход ключа 20, оба сигнальных входа сумматора 6 подключены к четырем входам суммирующего элемента 22, выход которого через ключ 23 соединен с выходом 7 устройства. Вход управления ключа 23 соединен с четвертым управляющим входом сумматора 6.

Устройство работает от датчиков сигналов, вырабатываюших при врашении вала напряжение треугольной формы с постоянной амплитудой Е, Изменение на пряжения происходит в интервале от 0 до E. Информация об угле закручивания вала содержится в разности фаз напряжений от двух датчиков. Сигналы датчиков поступают на входы l и,2 устройства, Узел 5 управления обеспечивает установку элементов устройства в исходное состояние перед началом работы.

В схемах 3 и 4 включения формирователи 8 вырабатывают импульс напряжения, когда сигнал датчика проходит через максимум (Е). Формирователи 9 вырабатьпьают импульс напряжения, когда сигнал датчика проходит через минимум (О).

Формирователи 8 и 9 могут быть собраны по схеме компараторов (места подключения опорных напряжений компараторов не показаны). Коммутатор 13 знака при подаче на его вход управлей команды "О, передает входной сигнал без изменения, а при подаче на его вход управления команды «1»à сигнал на выходе инвертирован по знаку относительно входного сигнала

Формирователь 14 вырабатывает импульс напряжения при положительном перепаде напряжения на его входе.

На вьхсде ключей 20 и 23 при подаче на их вход управления команды «О» сигнал равен нулю. При подаче на вход управления команды 1 сигнал на выходе повторяет сигнал на входе ключа.

Устройство работает следуюшим образом.

От датчиков поступают сигналы (UA1 э 0А2) треугольной формы с ампли. тудой Е и одинаковой частотой повторения. Угол закручивания вызывает разность фаз сигналов датчьков. Устройство коман дной Сброс подготовлено к работе. Начало работы наступает с подачей по цепи "Сброс" команды 1" (О цепь

"Сброс ). При появлении после подачи этой команды, первого импульса на выходе формирователя 9 (Оа ) схемы 3 включения, триггер 16 узла 5 управления изменяет свое состояние. На его выходе появляется сигнал «1», разрешая работу элементов 10 и 11 схемы 3 включения и элемента 17 узла 5 управления. После импульса (фиг. 5) на выходе формирователя 9 схемы 3 включения, появляет ся импульс на выходе формирователя 9 схемы 4 включения, который, пройдя через элемент И HE 17 узла 5 управле ния, изменит состояние триггера 18 этого узла. На его выходе появится сигнал

1 . что разрешает работу элементов

l0 u ll схемы 4 включения и открыва;ет ключ 23 узла 6 суммирования.

После описанного процесса триггеры !

16 и 18 узла 5 управления сохраняют свое состояние до включения схемы или подачи команды Сброс".

B описанном интервале времени на сумматор 22 через коммутатор знака схем 3 и 4 включения поступают сигналы от датчиков (Од «0 2) и сигнал

U2 от источника 21 напряжения. Сит нал на выходе сумматора 22 описываеч ся выражением

При появлении на выходе формирователя 8 схемы 3 включения импульса, изменяет состояние триггер 12, при

7 9799 этом на выходе коммутатора 13 знака изменяется знак напряжения, сбрасывает формирователь 14, на выходе триггера

19 ю1ю ключ 20, 5

Сигнал на выходе сумматора 22 в этом случае описывается выражением

U< = (- е, )- д р+ о (>, 4

При появлении импульса на выходе формирователя S схемы 4 включения изменяет состояние триггер 12, на входе коммутатора 13 изменяется знак напряжения, срабатывает формирователь

14, схемы 4 включения, при этом триггер 19 возвращается в исходное состоя ние, закрывая ключ 20. Напряжение на выходе сумматора 22 описывается выра жением

"и.= (-Ъ ) ("*г) " () м

Появление импульса на выходе формирователя 8 схемы 4 включения возвра- 3а шает ее триггер 12 в исходное состояние. Напряжение на выходе сумматора

22 описывается выражением (1).

Затем вышеописанный процесс никли чески повторяется.

На выходе сумматора 22 получаем напряжение, прямо порпорциональное уг лу закручивания.

Ключ 23 используется для отсечки на выходе переходного процесса, возника»,® юшего в начале работы устройства (изображен пунктиром на фиг. 5). За счет устранения при измерении "мертвых" участков (на которых в известном устройстве не производится измерение), достигается возможность выполнить измерения на валах врашаюшихся с малой скоростью, что расширяет область применения устройства. Фиксация устройством знаков угла закручивании позволяет использовать его для измерения реверсивных крутящих моментов..

Появление импульса на выходе формирователя 9 схемы 3 включения eaespa шает ее триггер 12 в исходное состоя. ние, При этом напряжение на выходе сумматора 22 описывается выражением о и од, (*<)-о „(Формула изобре тени я

1. Устройство для измерения угла закручивания вращающегося вала, содержащее две одинаковые схемы включения

08 8 с входами для подсоединения датчиков, вырабатывающих сигналы треугольной формы при повороте вала, и сумматор, первые и вторые сигнальные входы. которого соединены соответственно, с сигнальными выходами первой и второй схем включения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с. целью обеспечения воэможности измерения в любой фазе поворота вала, в него введен узел управления, при этом первые управляющие выходы первой и второй схем включения подсоединены соответственно к первому и второму входам узла управления, а вторые управляющие выходы первой и второй схем включения подсоединены соответственно к первому и второму управляющему входам сумматора, причем первый выход узла управления подключен к третьему управляющему входу сумматора, к вторым управлявшим входам обеих схем включения, а также к первому управляющему входу первой схемы включения, второй выход узла управления подключен к второму управлиошему входу второй схемы включения и к четвертому входу сумматора.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что узел управления состоит из инвертора, двух триггеров и элемента И-НЕ, при этом первый вход узла управления через инвертор соединен с первым входом первого триггера, выход которого подключен к первому выходу узла управления, а также к первому входу элемента -HE и второму входу второго триггера, второй вход узла управления подключен к второму входу элемента -HE, в ыход которого подключен, к первому входу второго триггера, выход которого подключен к второму выходу узла управления.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч аю ш е е с я тем, что схема включения состоит из трех формирователей, двух элементов И-НЕ, триггера и коммутатора знака, при этом сигнальный вход схемы включения соединен с входами первого и второго формирователей, а также через

KiT&Top знака с сигнальным выходом схемы включения, выход первого формирователя соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, выход второго формирователя соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и с первым управляющим выходом схемы включения, вжS ходы первого и второго элементов И-НЕ подключены к одноименным входам триггера, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора знака, а так9 979 же через третий формирователь с вторым управляющим выходом схемы включения, причем первый управляющий вход схемы включения подключен к вторым входам обоих элементов И-НЕ, а второй управляющий вход схемы включения подключен к третьему входу триггера.

4. Устройство по п..1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что сумматор состоит иа триггера, двух ключей, источника sa- fO пряжения и суммирующего элемента, причем первые три управляющих входа сумматора подключены к одноименным входам триггера, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, 35 четвертый управляющий вход сумматора 1

908

}О подключен к управляющему входу второго ключа, первый и второй сигнальные входы сумматора подключены соответствен но к первому и второму входам суммирующего элемента, выход которого через второй ключ связан с выходом сумматьра, при этом щетий и четвертый входы суммирующего элемента связаны через первый ключ и источник напряжения.

Источники ииформапни, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 603860, кл. G Ol L 3/10 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 574639, кл. Ci 01 4 3/10, 1976 (прототип) .

979908 фр awe

А(р пу

Сос тавитель А. Амаханов

Редактор В. Иванова Техред С.Мигунова Корректор М. Шароши

Заказ 9345/29 . Тираж 887 Поднисное

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, 4