Цифровой измеритель крутящего момента и мощности

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента и мощности различных двигательных установок, на морском и речном транспорте и в других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение точности. Под действием крутящего момента, передаваемого упругим валом 1, происходит взаимный угловой разворот измерительных дисков 2, 3. При этом импульсные сигналы с датчиков 4, 5 имеют фазовый сдвиг, пропорциональный передаваемому крутящемуся моменту. Этот фазовый сдвиг преобразуется схемой 8 совпадения во временной интервал, который заполняется счетными импульсами от генератора 10, которые пересчитываются счетчиком 13 за один оборот вала и результат счета в течение оборота хранится в регистре 14 и умножается на частоту вращения вала в умножителе 15 частоты, импульсы с выхода которого в течение интервала времени измерения вырабатываемого задатчиком 11, пересчитываются счетчиком 16, а результаты счета через регистр 17 и коммутатор 18 подаются на первый вход цифрового индикатора 20 и индицируется в виде значения величины крутящего момента. В сумматоре 19 производится вычитание из величины измеренного фазового сдвига, хранящегося в регистре 17 величины фазового сдвига, обусловленного неточностью начальной установки измерительных дисков 2, 3 (которая предварительно вводится в регистр 21). Результат коррекции величины фазового сдвига хранится в регистре 22 и перемножается на частоту вращения вала в умножителе 23 частоты, импульсы с выхода которого пересчитываются счетчиком 24 в течение интервала времени измерения, а результат счета в виде цифрового кода, соответствующего мощности передаваемой валом, индицируется цифровым индикатором 20. Ил.2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„1516809 А 1 (s1) 4 С 01 1- 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4382606/24- 10 (22) 25.02.88 (46) 23.10.89; Бюл. 39 (71) Горьковский институт инженеров водного транспорта (72) Е.В.Горюнов и О.А.Евграфов (53) 531.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 574639, кл. G 01 L 3/10, 1975 °

Авторское свидетельство СССР и 700790, кл. G О1 L 3/10, 1978.

2 (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО

МОМЕНТА И МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может использоваться для измерения крутящего момента и мощности различных двигательных установок, на морском и речном тран-. спорте и в других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение точности. Под действием крутящего

1516809

1О

20 момента, передаваемого упругим валом

1, происходит взаимный угловой разворот измерительных дисков 2, 3. При этом импульсные сигналы с датчиков 4, 5 имеют фазовый сдвиг, пропорциональный передаваемому крутящему моменту.

Этот фазовый сдвиг преобразуется схемой 8 совпадения во временной интервал, который заполняется счетными импульсами от генератора 10, которые пересчитываются счетчиком 13 эа один оборот вала и результат счета в течение оборота хранится в регистре 14 и умножается на частоту вращения вала в умножителе 15 частоты, импульсы с выхода которого в течение интервала времени измерения, вырабатываемого эадатчиком 11, пересчитываются счетчиком 16, а результаты счета через регистр 17 и коммутатор 18 подаются

Изобретение относится к силоиэмерительной технике и может использоваться для измерения крутящего момента и мощности различных двигательных ус- р тановок на морском и речном транспорте и в других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения — повышение точности. 35

На фиг.1 показана структурная схема измерителя; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Цифровой измеритель крутящего момента (фиг.1) содержит упругий вал 1, 40 на концах которого расположены измерительные диски 2 и 3, являющиеся подвижной системой импульсных датчиков 4 и 5. Выходы импульсных датчиков 4 и 5 через усилители-ограничители 6 и 7 45 соединены с первой схемой 8 совпадения, выход которой подключен к первому входу второй схемы 9 совпадения, второй вход которой соединен с выходом генератора 10 счетных импульсов и входом эадатчика 11 времени измерения, выход которого соединен с блоком

12 управления.

Выход схемы 9 совпадения соединен с первым входом счетчика 13 импульсов, выход которого соединен с первым входом регистра 14. На выходе регистра

14 в конце каждого цикла формируется код числа импульсов, пропорциональнона первый вход цифрового индикатора

20 и индицируется в виде значения величины крутящего момента. В сумматоре 19 производится вычитание из величины измеренного фазового сдвига, хранящегося в регистре 17 величины фазового сдвига, обусловленного неточностью начальной установки измерительных дисков 2, 3 (которая предварительно вводится в регистр 21). Результат коррекции величины фазового сдвига хранится в регистре 22 и перемножается на частоту вращения вала в умножителе 23 частоты, импульсы с выхода которого пересчитываются счетчиком 24 в течение интервала времени измерения, а результат счета в виде цифрового кода, соответствующего мощности, передаваемой валом, индицируется цифровым индикатором 20. 2 ил. го временному сдвигу сигналов от импульсных датчиков 4 и 5. Вход регистра 14 соединен с одним входом умножителя 15 частоты, другой вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя 7, а выход - с первым входом счетчика 16 импульсов, выход которого соединен с первым входом регистра 17.

Выход регистра 17 соединен через коммутатор 18 с первым входом сумматора

19 и первым входом цифрового индикатора 20. Второй вход сумматора 19 соединен с выходом регистра 21, а выход - с первым входом регистра 22, выход которого соединен с вторым входом цифрового индикатора 20 и с управляющим входом умножителя 23 частоты, первый вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя 7.

Выход умножителя 23 частоты соединен с первым входом счетчика 24 импульсов, выход которого соединен с третьим входом цифрового индикатора 20.

Выход переключателя 25 соединен с входом 21 регистра. Первый выход блока 12 управления соединен с установочными входами счетчиков 16 и 24 импульсов, а второй выход с управляющими входами регистров 17 и 22, установочный вход счетчика 13 импульсов и управляющий вход регистра 14 соединены с выходом усилителя-ограничителя 7.

5 15168

Измерительные диски 2 и 3 служат для линейного преобразования угла закручивания упругого вала 1 в угловой сдвиг между метками на дисках, 5 причем диск 2 установлен на валу со стороны двигателя, диск 3 — со стороны нагрузки.

Импульсные датчики 4 и 5 предназначены для формирования импульсных сигналов при прохождении меток дисков мимо датчиков. Усилители-ограничители

6 и 7 предназначены для формирования импульсов заданного уровня и полярности. 15

Схема 8 совпадения формирует на выходе сигнал, равный по длительности временному сдвигу импульсов Лt от датчика 5 относительно импульса от датчика 4. 20

Схема 9 совпадения совместно с генератором 10 счетных импульсов служит для формирования пачки счетных импульсов, исло которых в пачке пропорционально временному сдвигу ht им- 25 пульсов от датчиков 4 и 5. Счетчик 13 импульсов и регистр 14 предназначены для счета и регистрации числа импульсов N в пачке счетных импульсов в течение одного оборота вала, а также З0 для выдачи кода соответствующего числа N импульсов на управляющий вход умножителя 15 частоты.

Умножитель 15 частоты служит для формирования импульсов, частота следо35 вания которых пропорциональна произведению частоты вращения вала Гц на временной сдвиг gt, т.е. фазовому сдвигу (импульсных сигналов от датчиков и 5. На выходе умножителя частота .следования импульсов f< — — Nf .

Счетчик 16 импульсов и регистр 17 предназначены для счета и регистрации числа импульсов с выхода умножителя

15 частоты в течение интервала време- 45 ни измерения.

Коммутатор 18 служит для приема цифрового кода с регистра 17 и передачи на первые входы сумматора 19 и цифрового индикатора 20.

Переключатель 25 и регистр 21 предназначены для формирования и выдачи цифрового кода на второй вход сумматора 19, который служит для выполнения арифметической операции вычитания кода с выхода регистра 17 из кода с выхода регистра 21, Совместное использование переключателя 25, регистров 17 и 21, счетчика 16 импульсов, 09

6 сумматора 19 обеспечивает компенсацию начального фазового сдвига 5у„, вызванного неточностью начальной установки датчиков 4 и 5, причем на любой частоте вращения вала двигателя.

Регистр 22 служит для регистрации и передачи цифрового кода с сумматора

19 на управляющий вход умножителя 23 частоты. Умножитель 23 частоты предназначен для формирования импульсов, частота следования которых пропорциональна произведению частоты вращения на угол закручивания вала у, т.е. мощности двигателя.

Счетчик 24 импульсов предназначен для подсчета импульсов с выхода умножителя 23 частоты, число которых на заданном интервале времени измерения пропорционально средней мощности, развиваемой двигателем в течение указанного интервала времени.

Цифровой индикатор 20 предназначен для индикации значений крутящего момента и мощности, а также для обеспечения коррекции погрешности начальной установки датчиков.

Генератор 10 счетных импульсов служит для измерения временного сдвига между сигналами от датчиков, а также для запуска задатчика 11 времени измерения.

Блок 12 управления предназначен для формирования управляющих сигналов и синхронизации работы элементов устройства.

Измеритель работает следующим образом.

При отсутствии М„ крутящего момента на валу импульсные сигналы с выходов датчиков 4 и 5 могут иметь взаимный фазовый сдвиг вследствие неточной начальной установки датчиков (фиг.2а, S,e). Путем перемножения сигналов с выходов схемы 8 совпадения (фиг.2z) и генератора 10 счетных импульсов (фиг.2 ) схема 9 совпадения формирует пачки счетных импульсов (фиг.2e), число которых в пачке N=f, .Ь t, где частота следования импульсов генератора 10. Эти пачки счетных импульсов поступают на счетчик 13, с выхода которого соответствующий цифровой код заносится на регистр 14 по переднему фронту сигнала с усилителя-ограничителя 7, поступающего на управляющий вход регистра 14. После записи кода и регистр 14 счетчик 13 импульсов устанавливается в нулевое

1516809 состояние по заднему фронту сигнала с усилителя-ограничителя 7. Таким образом происходит подготовка к приему новой информации о фазовом сдвиге в очередном цикле измерений.

Цифровой код, записанный на регистре 14, одновременно поступает на управляющий вход умножителя 15 частоты, на счетный вход которого поступа- 10 ют импульсы с усилителя-ограничителя

7, частота следования которых равна частоте вращения вала. При посZ. туплении на управляющий вход умножителя 15 частоты цифрового кода проис- 15 ходит запуск умножителя и с его выхода импульсы частотой 1 =1, N поступают на первый вход счетчика 16 (фиг.2ж), счет импульсов в счетчике

16 происходит эа время Т „,„ задаваемого задатчиком 11 времени измерения.

При истечении времени Т „,м по сигналу с блока 12 управления (фиг. 2),I, к) происходит запись цифрового кода счетчика 16 в регистр 17. При этом в регистр 17 записывается число m„=

=Nf8 Т„ пропорциональное суммарному фаэовому сдвигу сигналов от датчиков

4 и 5 эа время T или среднему значению фазового сдвига при однократном измерении (фиг.2л). С выхода регистра

17 цифровой код через коммутатор 18 поступает на первый вход цифрового индикатора 20 для индикации. Сброс счетчика 1б импульсов происходит по сигналу с блока 12 управления (фиг.2

35 к).

Перед рабочими измерениями цифровой код, зафиксированный на индикаторе 20, с помощью переключателя 25 заносится в регистр 21. Компенсация фазового сдвига Л „, вызванного неточностью установки датчиков 4 и 5, осуществляется путем вычитания цифрового кода с регистра 21 из цифрового кода

m< с выхода коммутатора 18 в сумматоре 19. С выхода сумматора 19 цифровой код П =1п m> пропорциональный углу закручивания вала =у- ид а следовательно, и крутящему моменту Мк, поступает на первый вход регистра 22 и

50 заносится в регистр 22 по приходу сигнала на его управляющий вход с блока

12 управления. Код с выхода регистра

22 поступает одновременно на второй вход цифрового индикатора ?О и на уп55 равляющий вход умножителя 23 частоты, на счетный вход которого поступают импульсы с усилителя-ограничителя 7 с частотой следования, равной частоте вращения вала, происходит запуск умножителя 23 частоты. Частота следования импульсов с выхода умножителя 23 частоты f =Г . m„ l .e. пропорциональна мощности двигателя N (так как К

=М „ ы). Импульсы с выхода умножителя

23 частоты поступают на первый вход счетчика 24. По окончании времени T в счетчике 24 импульсов записывается код К=Т„ „ Е, пропорциональное мощности двигателя на частоте вращения (фиг,2м). Цифровой код числа К с выхода счетчика 24 импульсов поступает на третий вход цифрового индикатора 20, после чего по сигналу с выхода блока управления счетчик 24 импульсов после окончания времени Т„, обнуляется, а измеритель выполняетследующий цикл измерений.

В каждом из циклов измерений величина крутящего момента М „ и эффективная мощность двигателя определяются иэ выражений

2и С п

М и 2.

fr Тимм

2 и" С К

Йв Тм м где С вЂ” крутильная жесткость упругого участка вала; ш - показания цифрового индикатора в режиме измерения крутящего момента;

К вЂ” показания цифрового индикатора в режиме измерения мощности двигателя. формула и э о б р е т е н и я

Ф

Цифровой измеритель крутящего момента и мощности, содержащий вал с упругим участком, по концам которого расположены два измерительных диска, связанные с импульсными датчиками, подключенными через соответствующие усилители-ограничители к входам первой схемы совпадения, выход которой подключен,к первому входу второй схемы совпадения, генератор импульсов, подключенный к входу задатчика времени и второму входу второй схемы совпадения, выход которой подключен к первому счетчику импульсов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй и третий счетчики импульсов, четыре регистра, сумматор, коммута15168ОЭ

Составитель Я.Амаханов

Редактор Е.Папп Техред Н.Кравчук Корректор Т.Палий

Заказ 6377/40 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 тор, цифровой индикатор и два умножителя частоты, первые входы которых подключены к одному из входов первой схемы совпадения, к управляющему вхо5 ду первого регистра и к установочному входу первого счетчика импульсов, выход которого через первый регистр подключен к второму входу первого умножителя частоты, выход которого пос- 10 ледовательно через второй счетчик импульсов и второй регистр подключен к входу коммутатора, один выход которого подключен к первому входу цифровоro индикатора, а другой — к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к третьему регистру, а выход через четвертый сумматор подключен к второму входу второго умножителя частоты, выход которого через третий счетчик импульсов подключен к второму входу цифрового индикатора, причем выход задатчика времени измерения соединен с установочными входами второго и третьего счетчиков импульсов и управляющими входами второго и четвертого регистров.