Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя

 

Сущность изобретения: устройство содержит электродвигатель 1, трансформатор 2 тока, регулируемый резистор 3, оптрон 4, автогенератор 5, формирователь 6 импульсов, две схемы И 7 и 17, генератор 8 пусковых импульсов, два счетчика 9 и 18 импульсов , блок 10 деления, цифровой регистратор 11, вал 12, источник 13 света, диск 14 модулятора, фотоприемник 15, и формирователь 16 импульсов. 1-2-3-4-5-6-7-9-10-1I; 12-14-15-16- 17-18-10; 8-17.; 8-18; 8-9; 8-7; 8-10; 8-11. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИМИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G 01 L 3, 10

v9 ГГр Ю1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЦ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4851278/10 (22) 11.06,90 (46) 07.05.92. Июл. Ф 17 (7.1) Ухтинский индустриальный институт (72) Б.А.Перминов, В.Б.Перминов и В.В.Сабов (53) 53 1.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1580187, кл. G 01 Ь 3/10, 23.12.88. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА HA ВАЛУ АСИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Сущность изобретения: устрой„.,SU„„1732197 A 1 ство содержит электродвигатель трансформатор 2 тока, регулируемый резистор 3, оптрон 4, автогенератор

5, формирователь 6 импульсов, две схемы И 7 и 17, генератор Я пусковых импульсов, два счетчика 9 и 18 импульсов, блок 10 деления, цифровой регистратор 11, вал 12, источник 13 света, диск 14 модулятора, фотоприемник 15 и формирователь t6 импульсов.

1-2-3-4-5-6-7-9-10-11; 12-14-15- 1617 18 10 8 17 8 18 8 9т 8 7i 8 10

8-11. 1 ил.

173

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, а также в области тяжелого машиностроенияя .

Известно устройство для измерения крутящего момента вала, содержащее электродвигатель и упругий вал с двумя светомодуляторными дисками, источник света и фотоприемник, размещенные соосно с обеспечением оптической свя. зи между ними через светомодуляторные диски, регистратор, подключенный к фотоприемнику. . Известно также устройство, содержащее упругий вал, два закрепленных на концах вала измерительных диска, два датчика считывания меток, два усилителя-ограничителя, первую и вто рую схемы совпадения, генератор счетных импульсов, генератор времени. измерения и блок управления, выход которого подключен к счетчику импульсов.

Недостатком известных устройств является наличие упругого вала В кон струкции измерителя, что определяет необходимость измерения конструкции

:привода за счет врезки упругого вала, а также существенно снижает механическую надежность конструкции и при. водит к большим затратам на установку устройства для измерения крутящего момента.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является. устройство для измерения крутящего момента ротора буровых установок, содержащее . трансформатор тока, первичная обмотка которого Включена в фазу питания электродвигателя, а вторичная - к подстроечному резистору, оптрон выпрямитель, выход которого подключен к операционному усилителю, выполня-. ющему роль делителя напряжения на напряжение, датчик скорости вращения вала и широтно-импульсный модулятор .. (шим).

Устройство имеет два измерительных канала, один из которых формирует иа выходе электрическую величину, пропорциональную мощности электродви" гателя, а другой - скорости вращения .вала. При делении этих вепичин с помопр,ю ШИН и операционного усилителя иа выходе получают напряжение, пропор-. циональное значению измеряемого крутящего момента.

2197 4

Недостатком известного устройства является наличие в каналах измерения мощности н скорости вращения большого числа аналоговых преобразователей, которые существенно снижают точность измерения . Канал измерения скорости вращения вала содержит оптрон, широтно-импульсный модулятор, преобразователь частота — напряжение, тахогенератор . Все эти преобразователи включены последовательно, что определяет погрешность канала измерения как сумму погрешностей отдельных преобразователей и может составить весьма большое значение, если учесть, что погрешность ШИМ не может быть менее 15-20%, а погрешность преобразователя частота — напряжение порядка 203. Аналогич2О но определяется погрешность канала измерения мощности. Кроме того, операция деления двух аналоговых величин также привносит с собой значительную погрешность. Кроме того, недостатком д устройства является невозможность .дальнейшей обработки инфоРмации без вспомогательных устройств, так как она представлена в аналоговой форме.

Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения.

Цель достигается тем что в устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее электродвигатель, в фазу питания которого включена

З5 -первичная обмотка трнасформатора тока, вторичная обмотка которого подключена к .подстроечному резистору, датчик скорости вращения, оптрон, введены автогенератор, во времязада"O ющую цепь которого подключен фоторезистор оптрона, первый формирователь импульсов, генератор пусковых импуль-, сов, две схемы совпадения И, два счет-. чика импульсов, блок деления и цифро) ° вой регистратор, при этом датчик скорости вращения вала выполнен в виде расположенных на одной оптической оси. источника света, модулятора и фотоприемника с вторым формирователем им) пульсов, выход которого -связан с пер-. вым входом первой схемы совпадения И, выход которой подключен к первому входу первого счетчика импульсов, а генератор пускОВых имжульсов сВОими перньяи двумя. выходами соединен соот» ветственно с вторыми входами схем совпадения И, а третьим выходом связан соответственно с вторьии входами

173;!1 счетчиков импульсов, первым входом. блока деления и первым входом цифрового регистратора, второй вход которого связан с выходом блока деления, второй и третий входы которого подсоединены соответственно к выходам обоих счетчиков импульсов, при этом второй вход схемы совпадения И подключен к выходу первого формирователя импульсов, связанного своим входом с выходом автогенератора, причем лампа накаливания оптрона подсоединена к скользящему контакту подстроечного резистора.

Введение автогенератора в один иэ каналов измерения и дискретного датчика скорости позволяет преобразовать аналоговые величины в дискретные, ! исключить последовательную цепь анало-, . 2О

: говых преобразователей и существенно повысить точность. измерения, а исключение из конструкции устройства упругих механических соединений позволяет улучшить надежность. 25

На чертеже дана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного элект- 3О родвигателя содержит электродвигатель 1, в фазу питанйя которого включена первичная обмотка трансформатора 2 тока, его вторичная обмотка подключена к регулируемому резистору 3, скользящий контакт и общая шина резис- З5 тора подключены к лампе 4 накаливания оптрана, à его фоторезистор подключен к времязадающей цепи автогене- ратора 5, выход которого соединен с входом формирователя 6 импульсов, под- 1О ключенного,к первому входу схемы.И 7,, а к:второму входу этой схемы подключен выход генератора 8 пусковых импульсов, .выход схемы И содинен с пер-. вым входом счетчика 9 импульсов, ко-, ° торый подключен к блоку 10 деления кода на код, а его выход подключен к цифровому регистратору 11. Кроме ,того, устройство содержит вал 12, крутящий момент которого измеряется, ис-.. точник, 13 света, оптически связанный через диск модулятора 14 с фотопри- емником 15, подключенньм к формироватепо 16 импульсов, .а выход формирователя импульсов подключен к первому входу второй схемы совпадения И 17, выход которой соединен с первьм входом, второго счетчика 18 импульсов, à его выход,псдключен к второму входу блока 1() деления .

Выход генератора пусковых импульсов, кроме подключения к второму входу первой схемы И 7, имеет подключения к второму входу второй схемы совпадения И 17, к шинам сброса счетчиков 9 и 18, к шинам управления пуском блока 10 деления и цифрового регистратора 11.

Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя работает следующим образом.

Ток потребления электродвигателя 1, пропорциональный его нагрузке, индуцирует напряжение на вторичной обмотке трансформатора 2 тока, пропорциональное мощности электродвигателя.

Часть этого напряжения снимается с . регулируемого резистора 3 и подается на лампу 4 накаливания оптрона, фото-. резистор которого включен во времязадающую цепь автогенератора 5, т.е ° частота выходного напряжения автогенератора 5 определяется током потреб ления электродвигателя 1, а в конечном итоге - мощностью этого электродвигателя. Переменное напряжение автогенератора подается- на формирователь б .прямоугольных импульсов и сформированные импульсы поступают на первый вход схемы 7 совпадения . На второй вход схемы 7 подается пусковой импульс от генератора 8 пусковых импульсов, длительность которого строго йормирована и определяет время:. измерения Т„ . Таким образом за время измерения Т через схему совпадения

И 7 проходит определенное число импульсов п, пропорциональное мощности электродвигателя. Зто количество импульсов считывается счетчиком 9, который подготавливается к счету передним фронтом пускового импульса, поступающего на шину сброса.

Датчик скорости вращения вала, содержащий источник 13 света, модуляторный диск 14> фотоприемник 15 и формирователь 16 импульсов, работает следующим образом. Модуляторный диск 14 имеет отверстие и при вращении засвечивает фотоприемник 15 один раэ за один оборот, что позволяет сформировать на выходе формирователя

16 импульсов определенную последовательность частоты повторения импульсов, пропорциональную скорости вращеСоставитель Б.Перминов

Редактор Л.Гратилло Техред A,Êðàâ÷óê Корректор А. Обручар

Заказ 1576 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям прн ГКНТ СССР

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

Производствен о-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

11 It

173219 ния вала 12. Эта последовательность импульсов подается на первый вход второй схемы совпадения И 17, на второй вход которой поступает пусковой импульс, следовательно, количество

5 импульсов на выходе схемы 17 определяется частотой их следования, т.е. скоростью вращения вала 12. Эти импульсы считываются вторым счетчиком

18 импульсов, выход которого подключен к блоку 10 деления, к второму входу которого подключен,.выход первого счетчика 9. По команде пускового импульса, который задним фронтом по шине запуска блока выдает команду на операцию деления, проводится деление числа импульсов первого счетчика на число импульсов второго счетчика и результат деления по разрешению 20 пускового импульса фиксируется цифровым резистором 16. Предположим, что момент нагрузки на валу электродвигателя 1 возрос. Это приведет к росту тока потребления, увеличению напря- д жения на выходе трансформатора ? тока и резистора 3, что приведет к увели. чению светового потока лампы 4 накаливания оптрона и уменьшению сопротивления фоторезистора времязадающей цепи автогенератора 6, а также к увеличению частоты его выходного напряжения и числа импульсов на выходе схемы 7 совпадения и в памяти счетчика 9. Так как скорость вапа не изменилась, то результат деления числа 35 импульсов п на число импульсов и<, пропорциональный величине возросшего значения крутящего момента, также возрастает.

4О

Формула изобретения

Уст р ой ство для изм ер ения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее электродвигатель, в фазу питания которого включена первичная обмотка трансформатора тока, вторичная обмотка которого подключена к подстроечному резистору, датчик скорости вращения вала, оптрон, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности измерения, в него введены автогенератор, во времязадающую цепь которого подключен фоторезистор оптрона, первый формирователь импульсов, генератор пусковых импульсов, две схемы совпадения И, два счетчика импульсов, блок деления и цифровой регистратор, при этом датчик скорости вращения вала выполнен в виде расположенных на одной оптической оси источника света, модулятора и фотоприемника с вторым формирователем импульсов, выход которого связан с первым входом первой схемы совпадения И, выход которой подключен к первому входу первого счетчика импульсов, а генератор пусковых импульсов своими первыми двумя выходами соединен соответственно с вторыми входами схем совпадения И, а третьим. выходом связан соответственно с вторыми входами счетчиков импульсов, первым входом блока деления и первьм входом цифрового регистратора, второй вход которого связан с выходом блока деления, второй и третий входы которого подсоединены соответственно к выходам обоих счетчиков импульсов, при этом второй вход схемы совпадения

И подключен-к выходу первого формирователя импульсов, связанного своим входом с выходом автогенератора, причем лампа накаливания оптрона подсоединена.к скользящему контакту подстроечного резистора.