Устройство для измерения крутящего момента

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и)996876 Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет -С 03 3. 3/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150283 К.С.Бляшкин и Н.П.Тарасов 1ВЮЕОКИЕЬЯПАТЕЯТБб- ур(72) Авторы изобретения Казахский научно-,исследовательский и п институт автомобильного транспорта(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕ 1 ОМОМЕНТА Изобретение относится к измери- тельной 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 другого15 пропорционален углу скручивания упругого элемента и периоду вращения вала. Путем преобразования полученнйх сигналов определяют величину крутяще- гО момента. Для повышения точности измерения полученные временные интервалы заполняются импульсами опорной частоты с последующим их пересчетом. Для этой цели в прибор вводится дополнительный генератор опорной час тоты и пересчетные. устройства. Чтобы . исключить влияние нестабильности частоты опорного генератора, применяются схемы с постоянным измерителемвремени1. 30 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 управляеьых 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-преобразователяединич ный выход которого связан с третьим входом первого триггера-преобразова; теля, нулевой выход первого триггера 99687 бпреобразователя связан с вторым входом второго триггера-преобразователяи вторым входом схемы управления, нулевой выход второго триггера-преобразователя связан с третьим входомсхемы управления 2. 5Недостатком.известного устройстваявляется точто измерение возможнотолько при определенных частотах вра-.щения вала, периоды которых кратнывремени измерения. Такие режимы воз О,можны у сравнительно узкого кругасиловых установок с жесткой частотойвращения, например турбо- и гидроэлектрические установки,Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерений.Поставленная цель достигается тем,что устройство снабжено третьим датчиком считывания, который сдвинут на180 относительно. второго датчика счи- Отывания, а в измерительную схему введены три Формирователя сигналов, связанные своими входами с тремя датчиками считывания, .третий триггер-пре- .образователь, два триггера-блокиратора, третий управляемый ключ, суммирующий счетчик, генератор кода заданного постоянного числа, делительный имножительный блоки, причем выход первого формирователя сигналов связан с 30четвертым входом первого триггерапреобразователя и первыми входамивторого триггера-преобразователя ипервого триггера-блокиратора, выходвторого формирователя сигналов связан ус вторым входом первого триггера-преобразователя, четвертым входом второго триггера-преобразователя, первымвходом второго триггера-блокиратора ивторым входом третьего триггера-пре.образователя, третий выход которогосвязан с выходом третьего Формирователя сигналов, единичный выход первого триггера-блокиратора связан спервыми входами первого и третьеготриггеров-преобразователей, единич 45ный выход второго триггера-блокиратора связан с третьим входом второготриггера-преобразователя, нулевойвыход третьего триггера-преобразователя связан с вторым входом третьего: 5 Оуправляемого ключа, первый вход которого связан с выходом генератораопорной частоты, а выход - с вторымвходом суммирующего счетчика, вторыевходы первого и второго триггеров-блокираторов связаны с нулевым выходомпервогои второго триггеров-преобразователей соответственно, первый вы-.ход схемы управления связан с первымвходом делительного блока, второй 60выход связан с вторым входом множительного блока, а третий выход связан с первым входом суммирующегосчетчика, с третьими входами триггеров-блокираторов, выход суммирующего 65 счетчика связан с вторым входом делительного блока, третий вход которого.связан с выходом генератора кодазаданного постоянного числа, а выходс третьим входом множительного блока,первый вход которого связан с выходомреверсивного счетчика, а выход - свходом схемы индикации.На Фиг.1 изображена схема устройства; на Фиг,2 - положение отметчиков на валу при нагружении последнего; на Фиг. 3 - графики, поясняющиеработу устройства,Устройство для измерения крутящего момента фиг,1) содержит установленные на концах торсионного вала 1отметчики 2 и 3, сдвинутые один относительно другого на 180 О, считывающиедатчики углов положения отметчиков4, 5 и б, два из которых ( 4 и 5) расположены на одной линии, параллельнойоси вала 1, а третий даТчик б смещенпо окружности относительно датчика 4на 180 оИзмерительная схема выполнена ввиде Формирователей сигналов 7, 8 и9, триггеров-преобразователей 10, 11и 12, триггеров-блокираторов 13 и 14,ключей 15, 1 б и 17, генератора опорной частоты 18, реверсивного 19 исуммирующего 20 счетчиков, схем управления 21 и Формирования временииндикации 22, генератора 23 кода заданного постоянного числа, делительного 24 и множительного 25 блоков,схемы индикации 2 б,Устройство работает следующим образом.При вращении торсионного .вала 1отметчики 2 и 3 поочередно проходятоколо датчиков 4, 5 и б и возбуждаютв них двуполярные дифференцированныеимпульсы, проходящие через формирователи 7, 8 и 9.При любом начальном положении вала полный цикл работы измерительнойсхемы начинается только после взаимодействия отметчика 2 и датчика 4. Изформирователя 7 импульс управленияпоступает одновременно на один иэвходов триггеров-преобразователей10, 11 и 12 и триггера-блокиратора14. Выходы триггеров-преобразователей10 и 12 переходят из нулевых уровнейв единичные, экоторые открывают ключи 15 и 17, заполняющие импульсамигенератора опорной частоты 18 соответственно прямой счетный вход реверсивного счетчика 19 и счетныйвход суммирующего счетчика 20. Одновременно единичный уровень с выходатриггера 10 поступает на пусковыевходы триггера-преобразователя 11 итриггера-блокиратора 13. При этомтриггер-блокиратор 13 блокирует работу триггера-преобразователя 10 попусковым входам. В течение следую996876 био- угол между отметчиками равен (Фиг.2) е- :9 + ьФ, а с другой - :уо-ь 9 где .й, й- количества импульсов,прошедших на входы прямого и обратного счета, стабильная высокая часотота, с-За один оборот торсионного валареверсивный счетчик фиксирует раз ность количества импульсов первого бО щей половины периода вращения торсна 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 триггер- преобразователь 12, 10После установки триггеров-преобразователей 10 и 12 в исходные состояния и переключения нулевого выходатриггера-преобразователя 11 на единичный происходит закрытие ключей 15 и 15 17 и открытие ключа 26, через которыйпроисходит заполнение импульсами генератора опорной частоты 18 реверсивного счетчика 19 по входу обратногосчета. 20По завершении полного оборота вала1 импульс с Формирователя 7 возвращает триггер-преобразователь 11 в исходное состояние, а последний закрываетключ 16. Поскольку триггеры-блокираторы 13 и 14 в течение первого периода вращения вала изменяют состояниевыходов на обратное, они блокируютустановочные входы триггеров-преобразователей 10, 11 и 12. После возвра Ота триггера-преобразователя 10 в исходное состояние на один из входовсхемы управления 21 поступает его импульс в виде спада единичного состояния выхода, который дает команду напроведение операции деления кода заданного генератором 23 постоянногочисла на код числа импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 20за первый полупериод вращения вала.Операция деления производится арифметическим устройством 24. После возврата трнггера-преобразователя 11 висходное состояние его импульс в виде спада единичного выхода поступаетодновременно .на входы схем управления 21 и Формирования времени индикации 22. Выход схемы управления выдает команду на включение арифметического блока 25, производящего операцию перемножения кодов чисел частного и 50 разности количества импульсов на выходе реверсивного счетчика 19. Произведение поступает на схему индикации 26.Пересчетное устройство 22 через 55определенное (заданное время индикации) выдает команду на схему управления 21, которое 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(9-Ч) =СНА ЬЧ)-(Чо-ьЧ)3=С 2 М )где С - коэффициент пропорциональности-углы взаимного положенияотметчиков на торцах торсиона под нагрузкой;фо- исходный угол взаимногоположения осей отметчиковбез нагрузки равный 180 ф,"6 Ч- угол скручивания вайа. угловые интервалы Ч., Ч и Чо = =180 о (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 о ) текущими длительнос- тями М, Ч, ЧоМси1 2 ЕиЩи Ю где ,и 1 - время прохожденияотметчиками углов9 ю и То присредней:частотевращения торсионаза период, сИ - частота вращенияторсиона, с-",1 с - 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 Х) 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: о Яр 9499 б 87 б Формула изобретения Яр Йим щ Ям,о7и второго полупериодов его вращенияравную фд д фс (2)1 С урЭта 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 неопределенности в измерительную схему введены суммирующий счетчик 20, блок постояВ- ного числа 23, делительный 24 и множительный 25 блоки.Счетчик 20 суммирует в течение 45 полупериода вращения вала 1 количест-, ва импульсов 4,Чо 4 тоо Юти аи(3), .20Блок 23 выдает код постоянного дЛя данного режима числа равного Йс .На фиг. 3 ( д и Ф ) видно, что с з а- вершением полного оборота торсионно.го вала 1 формируется код числа раз ности импульсов, представленный выражением (,2 и код частного от деления выражений (4) и .(3) равныйо Нои5) ЗОДальнейшее повторение цикла измерения заблокировано триггерами 13 и 14; Во время паузы происходит перемножение кодов чисел выражений ( 2). и ( 5), исключающее зависимость мо .мента от скорости вращения вала 40Выражая угол скручивания торсиона через переменные сомножители и подставляя его в Формулу ( 1), получают окончательную зависимость между моментом и показаниями индикатора 45 где йцд. - код на выходе или число,показываемое индикатором;, С - масштаб единицы индикатора. Повторение цикла измерения крутящего момента согласно графику( Фиг.3) становится возможным после окончания 55 выдержки времени, задаваемой схемой 22, и последующего поступления управляющего импульса с формирователя 7 ( см.фиг,1). Время выдержки 1 ин выбирается большим для цифрового индикатора и меньшим при передаче информации на цифропечать или.регулятор крутящего момента.Предлагаемое устройство позволяет расширить динамический диапазон час тот вращения вала и получить воэмож.ность измерения момента на всех час:тотах и том числе на тех, периодкоторых 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 180 ф первый и второй отметчики угла положения вала, два датчика считывания, расположенные на одной линии, парал-лельной 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-преобразователя, 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 триггер- преобразователь, два триггера-блокиратора, третий управляемый ключ, суммирующий счетчик, генератор кода заданного постоянного числа, дели- тельный 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.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 10 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 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 входомсуммирующего счетчика, с третьимивходами триггеров-блокираторов, выход суммирукаего счетчика связан свторым входом делительного блока,третий вход которого связанс выходомгенератора хода заданного постоянного числа, а выход - с третьим входоммножительного блока, первый вхсд ко;торого связан с выходом реверсивного счетчика, а выход - со входом схе-мы индикации,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Фролов Л,Б. Измерение крутящегомомента. И., "Энергия", 1967, с. 4356.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 92895782/18-10/039332/кла 033/10, 19.03.80 (прототип).