Устройство для измерения крутящего момента
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик Социалистических Республик (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.05. 81 (21) 3292614/18-10 )$g) К з с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— G 03 L 3/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий )$3) УДК 531. 781 (088. 8) Опубликовано 15.02.83. Бюллетень № 6 Дата опубликования описания 150283 К.С.Бляшкин и Н.П.Тарасов (72) Авторы изобретения Казахский научно-.исследовательский и п институт автомобильного транспорта (7т) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕ1 О М0МЕНТА Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений крутящего момента в силовых установках различной— мощности, характера нагрузок и частот вращения. Известно устройство для измерения крутящего момента, содержащее отметчики, датчики считывания, генератор опорной частоты и электронную схему. В этом устройстве при вращении вала производится считывание его меток неподвижно установленными датчиками. Временной сдвиг между импульсами одного датчика и импульсами другого пропорционален углу скручивания упругого элемента и периоду вращения вала. Путем преобразования полученнйх сигналов определяют величину крутящегО момента. Для повыщения точности измерения полученные временные интервалы заполняются импульсами опорной частоты с последующим их пересчетом. Для этой цели в прибор вводится дополнительный генератор опорной частоты и пересчетные. Устройства. Чтобы . исключить влияние нестабильности частоты опорного генератора, применяются схемы с постоянным измерителем времени Р 1). Недостатком известного устройства являетгя низкая чувствительность. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для измерения крутящего момента, содержащее схему индикации, расположенные на валу и сдвинутые относительно друг друга на 180 первый и второй отметчики угла положения вала, два датчика считывания, расположенные на одной линии, параллельной оси вала, и измерительную схему,включающую- первый и второй триггеры-преобразователи, связанные своими нулевыми выходами с первыми входами двух управляемых ключей соответственно, вторые входы которых связаны с выходом генератора опорной частоты, а выходы связаны с первым и вторым входами соответственно реверсивного счетчика, кроме того, выход генератора опорной частоты связан с вторым входом схемы формирования времени индикации., выход которой связан с первым входом схемы управления, а первый вход связан с нулевым выходом второго триггера-преобразователя,.единич» ный выход которого связан с третьим входом первого триггера-преобразова; теля, нулевой выход первого триггера99687б преобразователя связан с вторым входом второго триггера-преобразователя и вторым входом схемы управления, нулевой выход второго триггера-преобразователя связан с третьим входом схемы управления 2 J. 5 Недостатком.известного устройства является то,.что измерение возможно только при определенных частотах вра-. щения вала, периоды которых кратны времени измерения. Такие режимы воз- 1О ,можны у сравнительно узкого круга силовых установок с жесткой частотой вращения, например турбо- и гидроэлектрические установки. Цель изобретения — расширение динамического диапазона измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено третьим датчиком считывания, который сдвинут на 180 относительно. второго датчика счи-i 20 тывания, а в измерительную схему вве-. дены три формирователя сигналов, связанные своими входами с тремя датчиками считывания, .третий триггер-пре- . образователь, два триггера-блокирато- 25 ра, третий управляемый ключ, суммирующий счетчик, генератор кода заданного постоянного числа, делительный и множительный блоки, причем выход первого формирователя сигналов связан с 30 четвертым входом первого триггерапреобразователя и первыми входами второго триггера-преобразователя и первого триггера-блокиратора, выход второго формирователя сигналов связан 35 с вторым входом первого триггера-преобразователя, четвертым входом второго триггера-преобразователя, первым входом второго триггера-блокиратора и вторым входом третьего триггера-пре.образователя, третий выход которого связан с выходом третьего формирователя сигналов, единичный выход перного триггера-блокиратора связан с первыми входами первого и третьего триггеров-преобразователей, единич45 ный выход второго триггера-блокиратора связан с третьим входом второго триггера-преобразователя, нулевой выход третьего триггера-преобразова. теля связан с вторым входом третьего: 5О управляемого ключа, первый вход которого связан с выходом генератора опорной частоты, а выход — с вторым входом суммирующего счетчика, вторые входы первого и второго триггеров-бло- 55 кираторов связаны с нулевым выходом первого и второго триггеров-преобразователей соответственно, первый вы ход схемы управления связан с первым входом делительного блока, второй 60 выход связан с вторым входом множительного блока, а третий выход связан с первым входом суммирующего счетчика, с третьими входами триггеров-блокираторов, выход суммирующего счетчика связан с вторым входом делительного блока, третий вход которого связан с выходом генератора кода заданного постоянного числа, а выходс третьим входом множительного блока, первый вход которого связан с выходом реверсивного счетчика, а выход — с входом схемы индикации. На фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 - положение отметчиков на валу при нагружении последнего; на фиг. 3 — графики, поясняющие работу устройства. Устройство для измерения крутящего момента (фиг,1) содержит установленные на концах торсионного вала 1 отметчики 2 и 3, сдвинутые один относительно другого на 180, считывающие датчики углов положения отметчиков 4, 5 и б, два из которых (4 и 5) расположены на одной линии, параллельной оси вала 1, а третий даТчик б смещен по окружности относительно датчика 4 на 180О. Измерительная схема выполнена в виде формирователей сигналов 7, 8 и 9, триггеров-преобразователей 10, 11 и 12, триггеров-блокираторов 13 и 14, ключей 15, 1б и 17, генератора опорной частоты 18, реверсивного 19 и суммирующего 20 счетчиков, схем управления 21 и формирования времени индикации 22, генератора 23 кода заданного постоянного числа, делительного 24 и множительного 25 блоков, схемы индикации 2б, Устройство работает следующим образом. При вращении торсионного .вала 1 отметчики 2 и 3 поочередно проходят около датчиков.. 4, 5 и б и возбуждают в них двуполярные дифференцированные импульсы, проходящие через Формирователи 7, 8 и 9. При любом начальном положении вала полный цикл работы измерительной схемы начинается только после взаимодействия отметчика 2 и датчика 4. Из формирователя 7 импульс управления поступает одновременно на один иэ входов триггеров-преобразователей 10, 11 и 12 и триггера-блокиратора 14. Выходы триггеров-преобразователей 10 и 12 переходят из нулевых уровней в единичные, экоторые открывают ключи 15 и 17, заполняющие импульсами генератора опорной частоты 18 соответственно прямой счетный вход реверсивного счетчика 19 и счетный вход суммирующего счетчика 20. Одновременно единичный уровень с выхода триггера 10 поступает на пусковые входы триггера-преобразователя 11 и триггера-блокиратора 13. При этом триггер-блокиратор 13 блокирует работу триггера-преобразователя 10 по пусковым входам. В течение следую996876 6 угол между отметчиками равен (фиг.2) е- Я, =9 + h,Ф, а с другой Ч а=Чо где .N, M - количества импульсов, прошедших на входы прямого и обратного счета, стабильная высокая часо тота, с- .. За один оборот торсионного вала реверсивный счетчик фиксирует раз65 ность количества импульсов первого 60 щей половины периода вращения торс на 1 импульс с формирователя 8 пер водит нулевой выход триггера-преобразователя 11 на единичный и устанавливает в исходное состояние триггерпреобразователь 10. При этом триггерблокиратор 14 блокирует триггер-пре- образователь 11 по пусковым входам. Импульс с формирователя 9 устанавливает в исходное состояние триггерпреобразователь 12. 10 После установки триггеров-преобразователей 10 и 12 в исходные состояния и переключения нулевого выхода .триггера-преобразователя 11 на единичный происходит закрытие ключей 15 и 15 17 и открытие ключа 26, через который происходит заполнение импульсами генератора опорной частоты 18 реверсивного счетчика 19 по входу обратного счета. 20 По завершении полного оборота вала 1 импульс с формирователя 7 возвращает триггер-преобразователь 11 в исходное состояние, а последний закрывает ключ 16. Поскольку триггеры-блокираторы 13 и 14 в течение первого периода вращения вала изменяют состояние выходов на обратное, они блокируют установочные входы триггеров-преобразователей 10, 11 и 12. После возвра- 3О та триггера-преобразователя 10 в исходное состояние на один из входов схемы управления 21 поступает его импульс в виде спада единичного состояния выхода, который дает команду на проведение операции деления кода заданного генератором 23 постоянного числа на код числа импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 20 за первый полупериод вращения вала. Операция деления производится арифметическим устройством 24. После возврата триггера-преобразователя 11 в исходное состояние его импульс в виде спада единичного выхода поступает одновременно .на входы схем управле- 45 ния 21 и формирования времени индикации 22. Выход схемы управления выдает команду на включение арифметического блока 25, производящего операцию перемножения кодов чисел частного и 5О разности количества импульсов на выходе реверсивного счетчика 19. Произведение поступает на схему индикации 26. Пересчетное устройство 22 через 55 определенное (заданное время индикации) выдает команду на схему управления 21, крторое устанавливает в исходное состояние триггеры-блокираторы 13 и 14 и счетчики 19 и 20. При вращении нагруженного торсионного вала 1 (фиг.1) отметчики углов :положения 2 и,З сдвигаются относитель но исходного взаимного положения. С одной стороны половины окружности Величина крутящего момента пропоРциональна разности угловых положений отметчиков 2 и 3. М= С (91-Ч ) =С((0+4Ц )-(Я0-д ф )) =С. 2yg (g ) I где С - коэффициент пропорциональности углы взаимного положения отметчиков на торцах торсиона под нагрузкой; ф„- исходный угол взаимного положения осей отметчиков без нагрузки равный 180," 6Ч- угол скручивания вала. Угловые интервалы,, и Ч = =180 (фиг. 2 ) с помощью отметчиков 2 и 3, датчиков считывания 4, 5 и 6, формирователей сигналов 7, 8 и 9, а также триггеров 10, 11 и. 12.преобразуются во временные интервалы (см.фиг.ЗО и d ) текущими длительностями Чо 1 МсИ 1. ЯАМИ ЩЮИ ЯИ 1 где, и 1 — время прохождения отметчиками углов у, ф и при средней: частоте вращения торсиона за период, ci И вЂ” частота вращения торсиона, с-, 2к — радианная мера угла. фронты и спады импульсов триггеров-преобразователей 10, 11 и 12 управляют ключами 15, 16 и 17, пропускающими импульсы стабильной высокой частоты опорного генератора 18 на счетные входы реверсивного счетчика 19 и суммирующего 20. На фиг.З(4 и Z) показаны осциллограммы заполнения счетчиков 19 и 20 высокочастотными импульсами. При нагружении вала 1 количества этих импульсов на счетных входах счетчика 19 за один оборот вала соответственно равны: 99687б формула изобретения Яр Йпй 2Ho о 7 и второго полупериодов его вращения равную У4 Д «Д « 0 (2) 1 %fan Эта разность зависит сразу от двух переменных параметров г угла скручивания (момента) и частоты вращения торсиона, - и поэтому ее величина не может служить. мерой крутящего момента. Для исключения этой неопредегенности в измерительную схему введены суммирующий счетчик 20, блок постоянного числа 23, делительный 24 и множительный 25 блоки. Счетчик 20 суммирует в течение полупериода врав(ения вала 1 количест-, ва импульсов 4 @ 0 о 2 и 2и, .20 Блок 23 выдает код постоянного для данного режима числа равного Йс . На фиг. 3 (д и Ф ) видно, что с завершением полного оборота торсионно.го вала 1 формируется код числа разности импульсов, представленный выражением (2) и код частного от деления выражений (4 ) и (3 ) равный О но и 5) () Дальнейшее повторение цикла измерения заблокировано триггерами 13 и 14; Во время паузы происходит перемножение кодов чисел выражений (2). и (5), исключающее зависимость мо- 35 .мента от скорости вращения вала Выражая угол скручивания торсиона через переменные сомножители и подставляя его в формулу (1), получают окончательную зависимость между моментом и показаниями индикатора 45 М=С2 4=С ЬИЛ=С1йинд (. (7) где йц„ . - код на выходе или число, показываемое индикатором,, С» - масштаб единицы индикатора. Повторение цикла измерения крутящего момента согласно графику ® (фиг. 3) становится возможным после окончания выдержки времени, задаваемой схемой 22, и последующего поступления управляющего импульса с формирователя 7 (см.фиг.1). Время выдержки k „ выбирается большим для цифрового индикато-60 ра и меньшим при передаче информации на цифропечать или.регулятор крутящего момента. Предлагаемое устройство позволяет расширить динамический диапазон частот вращения вала и получить воэмож.ность измерения момента на всех час:тотах,, и том числе на тех, период которых не кратен времени суммирова.ния разностей чисел импульсов. Устройство для измерения крутящего момента, содержащее схему индика ции, расположенные на валу и сдвинутые относительно друг друга на 180а первый и второй отметчики угла положения вала, два датчика считывания, расположенные на одной линии, параллельной оси вала, и измерительную схему, включающую первый и второй триггеры-преобразователи, связанные своими нулевыми выходами с первыми входами двух управляемых ключей соответственно, вторые входы которых связаны с выходом генератора опорной частоты, а выходы связаны с первым и вторым входами соответственно реверсивного счетчика, кроме того, выход генератора опорной частоты связан с вторым входом схемы формирования времени индикации, выход которой связан" с первым входом схемы управления, а первый вход связан с нулевым выходом второго триггера-преобразователя, единичный выход которого связан с третьим входом первого триггера-пре образователя, нулевой выход первого триггера-преобразователя связан с, вторым входом второго триггера-преобразователя и вторым входом схемы управления, нулевой выход второго триг.,гера-преобразователя связан с третьим входом схемы управления, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений, оно снабжено третьим датчиком считывания, который сдвинут на 180 относительно второго датчика считывания, а в измерительную схему введены три формирователя сигналов, связанные своими входами с тремя датчиками считывания, третий триггерпреобразователь, два триггера-блокиратора, третий управляемый ключ, суммирующий счетчик, генератор кода заданного постоянного числа, делительный и множительный блоки, причем выход первого формирователя сигналов связан с четвертым входом первого триггера-преобразователя и первыми входами второго триггера-преобразователя и первого триггера-блокиратора, выход второго формирователя сигналов связан с вторым входом первого триггера-преобразователя, четвертым входом второго. триггера-преобразователя, первым входом второго триггера-блокиратора и вторым входом третьего триггера-преобразователя, третий выход 996826 10. которого связан с выходом тре;.тьего формирователя сигналов, единичный выход первого триггера-бло. киратора связан с первыми входами первого и третьего триггеров-преоб-. разователей, единичный выход второго триггера-блокиратора связан с третьим входом второго триггера-преобразователя, нулевой выход третьего триггера-преобразователя связан с вторым входом третьего угравляемого !О ключа, первый вход которого связан с выходом генератора опорной частоты, а,выход -- с вторым входом суммирующего счетчика, вторые входы первого и второго триггеров-блокираторов-свя- 35 заны с нулевым выходом первого и второго триггеров-преобразователей соответственно, первый выход схемы управления связан с первым входом целительного блока, второй выход связан 20 с вторым входом множительного блока, а третий выход связан с первым входом суммирующего счетчика, с третьими входами триггеров-блокираторов, выход суммирукщего счетчика связан с вторым входом делительного блока, третий вход которого связан с выходом генератора хода заданного постоянно- . го числа, а выход - с третьим входом множительного блока, первый вхсд ко торого связан с выходом реверсивного счетчика, а выход - со входом схе- мы индикации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Фролов Л.Б. Измерение крутящего момента. N. "Энергия", 1967, с. 4356. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 92895782/18-10/039332/кл 6 0 1 L 3/10, 19.03.80 (прототип). 996S76 Составитель A.Åâäîêèìîà Редактор Л. Веселовская Техред M. Гергель Корректор А. Гриценко Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Заказ 920/59 Тираж 871 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1130 35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
