Устройство для измерения величины и угла дисбаланса изделий

Союз СоветскихСаиалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о 1974172(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 21,01.81 (21) 3236109/25-28 1 И 1 М, Кп.з с присоединением заявки Нов 6 01 М 1/22 Государственный комитет СССР по деаам изобретений и открытий(23) Приоритет И УДК 620,1. 05 вг 53124 (0 В 8,а) Опубликовано 1 Я 182, Бюллетень Мо 42 Дата опубликования описания 15.11.82(72) Авторизобретения В.И. Петрович Центральное конструкторское бюро ГлавэнергоремонтаМинистерства энергетики и электрификации СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И УГЛА ДИСБАЛАНСА ИЗДЕЛИЙ Изобретение относится к измерительной технике н 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 угладисбаланса, а также последовательно соединенные датчик опорного сигнала н Формирователь ортогональнык опорных сигналон, выходы которого связаны со вторыми входами аналоговых умножителей и блока измерения угла дисбаланса, а входы сумматора подключены к вы ходам аналоговых интеграторов (1,Недостатком устройства является пониженная точность измерения величины угла дисбаланса, связанная .с погрешностями нелинейных преобразований в суьвааторе и блоке измере,ния угла дисбаланса.1Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для измерениявеличины и угла дисбаланса изделий,содержащее вибрадатчик, соединенныйс ним масштабно-временной преобразователь, два канала измерения орто О гональных составляющих дисбаланса,каждый нз которых выполнен в видепоследовательно 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 сним формирователь ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны с вторьачи входами аналоговых умножителей 2).Каждый канал измерения ортогональных составляющих дисбаланса содержит также второй умножитель, входы 25 которого связаны с выходом аналогового интегратора и соответствующимвыходом формирователя ортогональныхопорных сигналов, а выход - со входом сумматора, выход сумматора под- ЗО ключен ко входам измерителя величиныдисбаланса и блока измерения угла дисбаланса, а второй вход последнего связан с одним из выходов формирователя ортогональных опорных сигналов.Применяемая в данном устройстве схема преобразования сигналов, пропорциональных ортогональным составляющим дисбаланса, в сигнал, пропорциональный величине и углу дисбаланса, ,имеет следующие недостатки, снижающие точность и производительность балансировки: имеет место погрешность измерения величины дисбаланса вносимая зависимостью величины ортогональных составляющих сигнала дисбаланса Б и 11 З от амплитуды 119 опорного. 15 сигнала, вырабатываемого Формирователем ортогональных опорных сигналов; имеет место погрешность, вносимая самими аналоговыми умножителями изза зависимости их коэФфициентов пе О 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.11 оставленная цель достигается тем, что для измерения величины и угла дисбаланса изделий устройство, со 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, аыход подключен к регистратору веичины дисбаланса и первому входу блока измерения угла дисбаланса, второй вход которого связан с первым выходом дешифратора, а третий - с 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 б, 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 выходами - 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 б, 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, ВЯ-триггера 25, ключа 26, счетчика 27 импульсов и цифрового индикатора 28 угла, вход ограничителя связан с выходом фильтра 18 нижних частот, второй вход ВЯ-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 й/2 и с частотой, равной частоте вращения балансируемого изделия. На вход формирователя 16поступает сигнал с импульсного датчика опорного сигнала 15, вырабатывающего один импульс эа один оборот+ Я -1 в 1 п вщС,п Ъгде в = 3, 5, 7 Т.е. имеется гармонический сигнал с частотой и амОплитудой Бо= - +- УАналогично на втором входе сумматора 17 спектр имеет видО = К Аоз 1 пЧ и 0 с КАосозР,5огде К - коэффициент передачи анаром дисбаланса и импульсом,вырабатываемым датчиком 15опорного 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 инверторов 9 и 10 образуются постоянныенапряжения - БЗи -Ос. Входы аналогового сумматора 17, имеющего коэффициент передачи, равный единице, спомощью ключей 11 и 13, 12 и 14 могутподключаться либо на выходы интеграторов 7 и 8, либо на выходы инверторов9 и 10. Ключи 11-14 управляются прямоугольными импульсами типа меандр,сдвинутыми по фазе друг относительнодруга на 1/4 периода и с частотой оЭти импульсы вырабатываются дешифра,тором 22, подключенным к делителю 21частоты с коэффициентом деления равным 360Делитель 21 частоты управляется импульсным генератором 20, кото- З 5рый вырабатывает сигналы с фиксированной частотой м 2=360 щ. Для.увеличения быстродействия частота выбирается достаточно высокой и не зависит от частоты вращения балансируемого изделия.Ключи 11 и. 13, 12 и 14 переключают входы сумматора 17 таким образом,что на один вход подается напряжениев течение времени 0 . Ы и -Оз в тетТчение времени -Т: а на второйТ 3вход - 0 в течение времени - (4 Т+ Ос в течение времени 0М -Т4 503 . 2 Яи 4 Т 1Т, где Т = - . Таким образом, на входы сумматора 17 поступают двуполярные прямоугольные импульсы типа меандр, сдвинутые друг 55относительно друга на четверть периода и имеющие одинаковые положительные амплитуды.Известно, что такие импульсы содержат кроме основной гармоники с 4 фчастотой ш только нечетные гармоники.Разложение в ряд Фурье импульсов,поступающих на первый вход сумматора17, показывает, что спектр состоит 65 В сумматоре 17 происходит векторноесложение составляющих всех присут"15 ствующих гармоник. Спектр сигналана выходе сумматора 17 имеет вид Ч М 2 Г( 0от .360 1 360 ш Через ключ 26 импульсы с.импульсногогенератора 20, работающего с частобалансируемого иэделия. К выходамумножителей 5 и 6 подключены аналоговые интеграторы 7 и 8, которые вырабатывают постоянные напряжения пропорциональные синфазной и квадратурной составляющим вектора дисбаланса,т,есоответственно логовых умножителей;Ао - величина дисбаланса;Ч фазовый сдвиг между векто где. ЦоуК выходу сумматора 17 подключен фильтр 18 нижних частот с частотой среза ш, фильтрующий все высшие гармоники, На выходе фильтра нижних частот образуется чисто синусоидальное напряжение О Ц = О з 1 п ы 1 тЧ) = К А О з 1 п ц 1 1 ф Ч)где К = 0707 КТаким образом, на выходе фильтра 18 нижних частот образуется переменное напряжение с частотой о ампли" тудой, пропорциональной велйчине дисбаланса, и сдвигом фазы, равным сдвигу фазы между вектором дисбаланса и опорным импульсом, вырабатываемым датчиком 15 опорного сигнала. Регист" ратор 19 величины дисбаланса регистрирует амплитудное значение Уо.Измерение угла дисбаланса проис.ходит 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 нульЭти импульсы поступают на Я - вход ВБ - триггера 25. На й - вход этого триггЕра 25 поступают импульсы с дешифратора 21, управляющие ключами 11 и 13, Выход ВЯ триггера 25 также управляет ключом 26, который открывается при приходе переднего фронта импульса с дешифратора 22 и закрывается при приходе переднего фронта импульса с ограничителя 24.Таким образом, время открывания ключа 26.пропорционально углу дис- баланса974172 Формула изобретения Подпнсно ВНИИ 82/57 Тираж Зака ППП "Патент", г.ужгород, Ул.Проектн или той ы 1= 360 ы, поступают на счетчик 27 импульсов. Число импульсов, поступающих на счетчик 27, равно углу дисбаланса- в градусахяф.ру с ,в Чйи индицируется с помощью цифрового индикатора 28 угла.Отсутствие в устройстве для определения вычисления величины и угла дисбаланса дополнительных аналоф говых умножителей позволяет исключить погрешности, обусловленные зависимостью коэффициента преобразования 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.1 В результате повышается точностьи производительность балансировки. устройство для измерения величи,ны и угладисбаланса изделий, содержащее вибродатчик, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь, два какала измерения ортогональных составляющих дисбаланса, каждый из которых вйполнен в йиде последова-. тельно соединенных аналоговых умно- жителя, связанного с выходом масштабно-временного преобразователя и интегратора, сумматор, регистраторвеличины дисбаланса, блок измеренияугла дисбаланса, датчик опорногосигнала и свяэайный с ним формирователь ортогональных опорных сигналов,выходы которого связаны с вторымивходами аналоговых умножителей, о тл и ч а ю щ е е с я тем, .что, с целью повышения точности и производительности, оно снабжено последова 10 тельно соединенными импульсным гене"ратором, делителем частоты и дешиф"ратором, фильтром нижних частот,вход которого связан с выходом сумматора, а выход подключен к регист 15 ратору величины дисбаланса и первомувходу блока измерения угла дисбаланса, второй вход которого связан спервым выходом дешифратора, а третий - с выходом импульсного генера 20 тора, а каждый канал измерения.ортогональных составляющих дисбалансадополнительно снабжен подключеннщк квыходу генератора аналоговым инвертором и двумя аналоговыми ключами,2 сигнальные входы которых подключенык выходаминвертора и интегратора,управляющие входы объединены вместеи связаны с соответствующим выходомдешифратора, а выход соединен свходом сумматора.30Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Негшапп ВгцппепдгИЬег, Ре 1 егРгцз 1, Мебчегйайгеп 1 п бег АцзыцсЬ 1- есЬпЖ, Нойвапп 1 пйо М 2. ПроспектЗ 5 фирмы ОеЬг. Нойпапп ОвЬН, ФРГ,1979 а. 9.2. Патент СЬй, В 4.004,464,кл. О 01 И 1/22, 1977 (прототип).