Цифровое устройство для измерения крутящего момента

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОРИА ЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 51)4 6 01 1. 3/ МИТЕТ СССР ЕНИЙ И ОТНРЫТЮ 1ГОСУД АРСТВЕННЫИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ИЗОБРЕТЕНИЯДЕ 1"ЕЛЬСТВУ ОПИСАН еский ауэр ство СССРО, 06.06.78во СССРО, 15.04.82ДЛЯ ИЗМЕРЕ ользо ыт ых и мощносдаваемых Фиг(53) 531.781(088.8)156) Авторское свидетельУ 700790, кл, С 013/Авторское свидетельсР 920410, кл. 6 01 Ь 3/154) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА(57) Изобретение мокетвано при измерении силотных характеристик, пер вращающимся валом. Цель изобретенияувеличение точности измерения. Припостоянной скорости вращения вала15 и частоте следования импульсовгенератора 1 опорной частоты по сумме импульсов .зарегистрированных сумматоров 13 за время измерения оценивают крутящий момент. Одновременнос переключением ключей 10 и 11 схема12 управления формирует импульс периода вращения вала 15, который поступает на второй вход схемы 2 совпадения, а на первый вход - импульсы с генератора 1 опорной частоты.Счетчик 3 формирует количество импульсов эа период вращения вала 15.1 э.п. ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь эовано при измерении силовых и мощностных характеристик, передаваемых вращающимися валами.Цель изобретения - увеличение точности измерения.На фиг1 показана структурная схема цифрового устройства для измерения крутящего момента; на фиг,2 - работа устройства в режиме отсутствия крутящего момента; на фиг.3 - то же, в режиме наличия крутящего момента; на фиг.4 и 5 - временные диаграммы, поясняющие работу блока управления и всего устройства соответственно.На фиг.4 обозначено:а - частота опорного генератора; б - пачки импульсов, проходящих через гервый канал;в - формирование импульсов, соответствующих пачкам;г - импульс полупериода вращения; д - импульс периода вращения;е - импульс времени измерения, синхронизирующий по первому каналу;ж - импульс сброса счетчика и сумматора.На фиг,5 обозначено:а - частота опорного генератора;б - пачки импульсов, проходящих через первый канал;в - пачки импульсов, проходящих через второй канал при отсутствии крутящего момента;г - пачки импульсов, проходящих через второй канал при наличии крутящего момента;д - формирование импульсов в схеме управления, соответствующих пачкам в первом канале;е - формирование импульса полу- периода вращения вала;.ж - формирование импульса периода вращения вала;з - формирование импульса времени измерения;и - количество импульсов, зарегистрированных сумматором за время измерения при отсутствии крутящего момента;к - количество импульсов, зарегистрированньи сумматором за время измерения при наличии крутящего момента;л - количество импульсов, зарегистрированных счетчиком эа период вра.щения вала. с 10, 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Цифровое устройство для измерения крутящего момента содержит генератор 1 опорной частоты, схему 2 совпадения, счетчик 3, источники 4 и 5 сигналов, датчики 6 и 7 углового положения сечений вала, формирователи 8 и 9, ключи 10 и 11, схему 12 управления, сумматор 13, вычислитель 14, причем выход генератора 1 соединен с входами источников 4 и 5 сигналов, а также с первым входом схемы 2 совпадений и третьим входом схемы 12 управления, выходы датчиков 6 и 7 соединены с входами формирователей 8 и 9, выход формирователя 9 соединен с первым входом ключа 11 и первым входом схемы 12 управления, выход формирователя 8 соединен с первым входом ключа 10 и вторым входом схемы 12 управления, первый выход схемы 12 соединен с вторым входом первогоключа 11, второй выход - с вторым входом второго ключа О, выходы ключей 10 и 11 соединены с первым входом сумматора 13, третий выход схемы 12 управления соединен с вторым входом сумматора 13 и входом счетчика 3, четвертый выход - с вторым входом схемы 2 совпадения, выход которой соединен с первым входом счетчика 3, выходы сумматора 13 и счетчика 3 соединены вычислителем 14. В качестве чувствительного элемента датчиков угла закручивания выполнены отверстия 16 и 17 на валу 15, Генератор 1 формирует прямоугольные импульсы для источников 4 и 5 сигналов, а также схемы 2 совпадения и схемы 2 управления.В качестве источников 4 и 5 сигналов может быть использован, например, светодиод, излучающий инфракрасный свет, который модулируется частотой опорного генератора. В качестве приемников 6 и 7 сигналов может быть использован фотодиод. Источник света и его приемник оптически связаны между собой по каналу: первый гибкий стекловолоконный светодиод, сквозное отверстие в валу, второй гибкий стекловолоконный световод.Схема 12 управляет ключами автоматически, задавая переключение каналов и время измерения количества импульсов, проходящих по двум каналам, синхронизированным относительно начала пачки первого канала, т,е. подсчет пачки импульсов во втором- М к1 канале осуществляется в момент времени прохождения начала пачки в первом канале. Кроме того, одновременно в блоке 12 упранления формируется длительность импульса, соответствующая периоду вращения вала, а также импульса сброса для сумматора 13 и счетчика 3.Временная диаграмма работы блока управления приведена на фиг.3. В качестве чувствительного элемента датчика угла закручивания вала служат два отверстия, выполненных в валу и проходящих, например, через центр вращения вала,Устройство работает следующим образом.Прямоугольные импульсы с генератора 1 поступают на источники 4 и 5 сигналов, а также в схему 12 управления. Через систему светонодов модулированные импульсы поступают через отверстия 16 и 17 вала 15, которые достигают датчиков 6 и 7 в моменты времени, соответствующие совпадению отверстий относительно оптических каналов, соединяющих источники сигналов с приемниками. Оптическая апертура каналов равна его диаметру (фиг.2 а,б). На выходе каналов имеются пачки импульсов, которые поступают на входы управляемых ключей 10 и 11 и одновременно на входы схемы 12 управления.Схема 12 периодически осуществляет автоматическое переключение каналов и задает время измерения количества импульсов, проходящих по двум каналам, синхронизированным относительно начала пачки первого канала, т.е. первый канал является синхронизирующим и разрешающим прохождение пачки импульсов но втором канале.Прн действии крутящего момента происходит взаимный сдвиг пачек импульсов во втором канале, при этом часть импульсов выходит за пределы заданного времени измерения.Следовательно, при постоянной скорости вращения вала и частоте следования импульсов опорного генератора по сумме импульсов, зарегистрированных сумматором за время измерения, можно оценить крутящий момент. Одновременно с переключением ключей 10 и 11 схема 12 управления формирует импульс периода вращения вала 15, который поступает на второй вход 7678схемы совпадения. На первый вход схемы совладения поступают импульсы сгенератора 1. Счетчик 3 формирует 5количество импульсон за период вращения вала. Таким образом, отношениеколичества импульсов, прошедших черезпервый и второй каналы, к максимальному количеству импульсов за период 10 вращения вала зависит только от величины приложенного момента и не эависит от скорости вращения.Количество импульсов М = п 1 + п 2,прошедших через отверстия, пропор циональных эффективному диаметру отвертий (апертуре) д,ф = О р. +зебрчастоте заполнения импульсов Г и обратно пропорционально скорости вращения Ч, тогда 20 д зФГМ = п 1 + п 2Ч М,Ч где д ф 5 ы Апертура второго отверстия пропор" циональна углу закручивания валаМк гО Чф1 ф где М - крутящий момент;г - радиус вала;к - модуль упругости материала;1 р - полярный момент,а число импульсов к равно периодувращения вала обратно пропорционально скорости Ч вращения вала, тогда формула изобретения 45 1. Цифровое устройство для измерения крутящего момента, содержащееупругий вал с отверстиями, схемууправления, соединенную с первымивходами первого и второго ключей,генератор и первый и второй датчикиуглового положения сечений вала,отличающееся тем, что, сцелью повышения точности измерения,в него введены первый и второй источ ники сигналов, соединенные с выходомгенератора, первый и второй формирователи, входы которых соединены свыходами первого н нторого датчиковсоответственно, а выходы - с вторыми5 13376786входами первого и второго ключей подключен к выходу схемы совпадения, и первым и вторым входами схемы управ- первый вход которой соединен с втоления соответственно, схема совпаде- рым выходом схемы управления, а втония, счетчик, сумматор и вычислитель, рой вход - с выходом генератора и5первый вход которого подключен к выхо- третьим входом схемы управления, ду счетчика, а второй вход - к выхо. Устройство по п.1, о т л и ч аду сумматора, первый вход которого ю щ е е с я тем, что каждый датчик подключен к выходам первого и второго выполнен в виде сквозного отверстия ключей, а второй вход - к первому 10 в валу и источника и приемника извыходу схемы управления и первому вхо. лучения, размещенных диаметрально ду счетчика, второй вход которого относительно оси вала.1337678 з 4118/36 Тираж 776 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушскд.4 ул.Проектная,4 Производственно-полнграфическо едпрнятие, г,у едактор М.Петрова тавитель А.Пашковред Л.Олейник орректор Л. Пилип Подписимитета СС ткрытий