Измеритель мощности

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 3(51) 0 01 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Я ЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ СВ рфель,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт автоматизированных систем управления транспортом газа(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 673874, кл. 0 01 1; 3/24, 1979.2, Авторское свидетельство СССР Р 763705, кл. 6 01 1 3/10, 1978 (прототип) .(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий размещенные в контрольных сечениях вала индукторы и взаимодейетвующие с ними основные чувствительные элементы, выходы которых через свои последовательно включенные усилители и формирователи подключены к первому и второму входам фазового дискриминатора, выход которого связан с первыми входами двух элементов И, выход одного из них подключен к суммирующему входу счетчика измерения деформации, а выход .второго через первый вход элемента ИЛИ связан с вычитающим входом укаэанного счетчика, выход второго формирователя через логическую схему подключен к входу счетчика результата, выходы обоих счетчиков через свои анализаторы нуля соединены с первым и вторым входами схемы управления, синхронизированной задающим генератором, выход которого подключен к вторым входам элементов,800 447 А И, третьи входы которых связаны с первым режимным выходом схемы управления, а ее второй режимный выход подключен к логической схеме и че рез третий элемент И связан с вто; рым входом элемента ИЛИ, о т л и - )ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения путем компенсации, изменения параметров чувствительных элементов и сокращения цикла измерения, в него введены корректирующее звено, источник постоянного. напряжения, блок суммирования постоянного и переменного напряжений, два дополнительных формирователя импульсов, триггер знака и вспомогательный чув- ф ствительный элемент, взаимодействующий с одним из индукторов, при этом ф 1 Ъ выход вспомогательного чувствитель- ф ф ного элемента подключен к входам двух дополнительных формирователей импульсов и через корректирующее р звено - к первому входу блока суммирования постоянного и переменного напряжений, второй вход которого связан с источником постоянного напряжения а выход - с возбуждающими входами обоих основных чувствительных элементов, при этом выходы ,дополнительных формирователей импульсов соединены соответственно с нулевым и единичным входами триггера знака, единичный и нулевой выходы которого подключены соответственно к четвертым входам элемен,тов И суммирующего и вычитанаего )каналов счетчика измерения леформацикеИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения мощности, пере-,даваемой вращающимся валом, соединяющим привод и нагрузку.Известны измерители мощности, основанные на фазовом принципе измерения угла скручивания вала. Основным узлом таких измерителей является Фазометр и среди ыих наиболееширокое применение находят фазометры средних значений,Известны фазометры средних значений угла сдвига фаз, которые приподключении к датчика, регистрирующим угол скручивания вала, могутосуществлять измерение крутящегомомента, передаваемого валом 1 3.При ткаом включении укаэанныеустройства позволяют скорректировать погрешность, вызванную разнымзапаздыванием сигналов в опорноми измерительном каналах фазометра,однако различие временных сдвиговсигналов в чувствительных элементахдатчиков упругой деформации при этомне устраняется,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство, содержащее размещенныев контрольных сечениях вала индукторы и взаимодействующие с ними основные чувствительные элементы,.выходыкоторых через свои последовательновключенные усилители и формирователиподключены к первому и второму входам фазового дискриминатора, выходкоторого связан с первыми входамидвух элементов И, выход одного изних подключен к суммирующему входусчетчика измерения деформации, а выход второго через первый вход элемента ИЛИ связан с вычитающим входоМукаэанного счетчика, выход второгоФормирователя через логическую схему подключен к входу счетчика результата, выходы обоих счетчиковчерез свои анализаторы нуля соединены с первым и вторым входами схемы управления, синхронизированнойзадающим генератором, выходы которого подключены к вторым входам элементов И, третьи входы которых связаны с первым режимным выходом схемыуправления, а ее второй режимныйвыход подключен к логической схеме ичерез третий элемент И связан свторым входом элемента ИЛИ2:.Недостатком этого устройстваявлЯется то, что в нем не устраняется влияние временных сдвигов в чувствительных элементах датчиков деформации, так как в режиме коррекции сигнал с нулевым фазовым сдвигом подается не в начало каждоготракта измерения, а на входы формирователей. Кром того, введение всхеме дополнительного режима коррекциидлительность которого принципиально равна времени измеренияугла скручивания вала, снижает быстродействие. 5 Целью изобретения. является новышение быстродействия и точности измерения за счет компенсации изменения параметров чувствительных элементов и сокращения цикла измерения.10Поставленная цель достигаетсятем, что в измеритель мощности, содержащий размещенные в контрольныхсечениях вала индукторы и взаимодействующие с ними основные чувствительные элементы, выходы которыхчерез свои последовательно включенные усилители и формирователи подключены к первому и второму входамФазового дискриминатора, выход которого связан с первыми входами двухэлементов И, выход одного из нихподключен к суммирующему входу счетчика измерения деформации, а выход 25 втор го через первый вход элементаИЛИ связан с вычитающим входом укаэанного счетчика, выход второгоФормирователя через логическую схему подключен к входу счетчика результата, выходы .обоих счетчиков З 0 через свои анализаторы нуля соединены с первым и вторым входами схемы управления, синхронизированнойзадающим генератором, выход которо- .го подключен к вторым входам эле ментов И, третьи входы связаны спервым режимным входом схемы управления, а ее второй режимный выходподключен к логической схеме и через третий элемент И связан с вто рым входом элемента ИЛИ, дополнительно введены корректирующее звено, источник постоянного напряжения,. блок суммирования постоянного и переменного напряжений, два дополни тельных Формирователя импульсовртриггер знака и вспомогательный,чувствительный элемент, взаимодействующий с одним из индукторов, приэтом выход вспомогательного чувствительного элемента подключен к вхо дам двух дополнительных формирователей импульсов и через корректирующее звено - к первому входу блокасуммирования постоянного и переменного напряжений, второй вход кото,рого связан с источником постоянного напряжения, а выход - с возбуж- фдающими входами обоих основных чувствительных элементов, при этом выходц допоЛНИтельных формирователей 60 импульсов соединены соответственнонулевым и единичным входами триггера знака, единичный и нулевой выходы которого подключены соответственно к четвертым входам элемент тов И суммирующего и вычитающего1081447 50каиалов счетчика измерения деформации.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2- временные диаграммы его работы.В состав устройства входят размещенные. на валу 1 кондукторы 2 и 3, основные емкостные чувствительные элементы 4 и 5, усилители 6 и 7 импульсов чувствительных элементов, формирователи 8 и 9 импульсов, фаэо вый дискриминатор 10, элементы И 11-13, элемент ИЛИ 14, реверсивный счетчик 15 измерения деформации, анализатор 0 ф 16, логическая схема ).7, счетчик 18 результата, ана лизатор 0 19, делитель 20 частоты, задающий генератор 21, схема 22 управления, вспомогательный чувствительный элемент 23 индукционного типа, корректирующее звено 24, блок 25 суммирования постоянного и переменного напряжений, источник 26 постоянного напряжения, формирователи 27 и 28 импульсов, триггер 29 знака 5В измерителе мощности на концах измерительной базы вала 1 размещены индукторы 2 и 3, представляющие собой диски из ферромагнитного материала с зубьями, которые при вра.щении нала взаимодействуют с чувствительными элементами 4, 5 и 23. Индукторы 2 и 3 при отсутствии, крутящего момента взаимно не смещены От.е. угловое положение одноименных зубьев индукторов 2 и 3 совпадает), а чувствительные элементы 4 и 5 взаимно смещены по углу так, что выходные сигналы элемента 4 несеолько опережают сигналы элемента 5 Опри любых возможных углах скручи вания вала 1).Величина этого смещения невелика (существенно меньше угла между соседними зубьями одногоиндуктора)Вспомогательный чувствительный 45 элемент 23 смещен относительно чувствительного элемента 5 по углу так, что зубья индуктора 2 взаимодейству.ют с ними поочередно От,е, при появлении некоторого зуба в рабочей области чувствительного элемента 5 зубьев в рабочей областичувствительного элемейта 23 нет, и наоборот).Выход чувствительного элемента 4 через усилитель б и формирователь.8 подключен к первому входу фазового дискриминатора 10. Выход чувстви" тельного элемента 5 через усилитель 7 и формирователь 9 подключен к второму входу дискриминатора 10 и измери.;тельному входу логическойсхемы 17. 6 О Выход фазового дискриминатора 10 соединен с первыми входами элемен.тов И 11 и 12. Выход источника 26 постоянного напряжения подсоединен к второму входу блока 25 суммирова ния напряжений, выход которого соединен с возбуждающими входами чувствительных элементов 4 и 5, Выход корректирующего звена 24 соединен спервым входом блока 25 суммированиянапряжений. Выход вспомогательногочувствительного элемента 23 соединенс входом корректирующего звена,24 ивходами формирователей 27 и 28 импульсов, выходы которых соединенысоответственно,с единичным и нулевым установочными входами триггера29., единичный выход которого подключен к второМу входу элемента И 11,а нулевой выход - к второму входуэлемента И 12. Выход элемента И 11подключен к суммирующему входу счетчика 15, а выход элемента И 12 - кпервому входу элемента ИЛИ 14, чейЪвыход подсоединен к вычитающему вхо=ду счетчика 15, Выход счетчика 15через анализатор 0 16 подсоединен к второму командному входу схемы 22 управления. Выход задающегогенератора 21 подключен к синхронизирующим входам логической схемы 17и схемы 22. управления, а также квходу делителя 20 частоты и третьимвходам элементов И 11.и 12, Выходделителя 20 частоты соединен с первым входом элемента И 13, а его выход -.с вторым входом элементаИЛИ 14. Первый режимный выход схе"мы 22 управления соединен с первымрежимным входом логической схемы 17:и четвертыми входами элементов И 11и 12. Второй режимный выход схемы22 управления соединен с вторым режимным входом схемы 17 и вторым входом элемента И 13.Выход логической схемы 17 черезсчетчик 18 результата и анализаторфО 19 соединен с первым командным входом схемы 22 управления,Опорный канал измерения угла скручивания состоит из чувствительногоэлемента 4, усилителя 6, а измерительный виз чувствительного элемента 5 усилителя 7,Устройство работает следующимобразом.При вращении вала 1 зубья индукторов 2 и 3 взаимодействОлот с чувствительными элементами 4,5 и 23,Выходные сигналы чувствительного элемента 23 Офиг. 2 е) проходят черезкорректирующее звено 24 .на первыйвход схемы 25 суммирования напряжений, а затем, суммируясь с напряжейием возбуждения, подаваемымна второй вход схемы 25 из блока26, поступают на возбуждающие входыэлементов 4 и 5. При этом на выходахчувствительных элементов 4 и 5 От.е.входах усилителей 6 и 7) создаютсявспомогательные сигналы.Угловое смещение чувствительныхэлементов 4,5 и 23 обеспечивает та"кой временной сдвиг выходных информационных сигналов чувствительныхэлементон 4 и 5 (вызванных изменением емкости соответствующего 4 ЭС припрохождении над ним зуба) относительно вспомогательных, что вспомогательные сигналы возникают в паузахмежду информационными, не накладываясь на них. Информационные и вспомогательные сигналы на выходах усилителей 6 и 7 (Фиг. 2 а,б) обозначены символами С и ) соответственно.При переходе сигналами Овц, Оничерез нуленое значение (смена, положительной полуволны на отрицательную)выходные напряжения формирователей8 и 9 достигают высокого уровня(фиг. 2 в,г) . Временные интервалыТи Тг между передними фронтамисйгналов О ,в, 0 в выделяются фазовым дискриминатором 10. (Фиг. 2 д) .Выходной сигнал чувствительногоэлемента 23 поступает также на входыформирозателей 27 и 28, пороги срабатывания которых смещены соответственно на Еи Е(фиг. 2 е). В моментпревышения сигналом Овцг порогового уровня (Еили Е) формирователи27 и 28 вырабатывают короткие положительные импульсы фиг. 2 ж,и), поступающие соответственно на единичный и нулевой установочные входытриггера 29, единичный или нулевойвыход которого открывает при этом псвторому входу элемент И 11 или 12(Фиг. 2 к).Отметим, что схема Формирователя 359 измерительного канала, кроме собственно формирователя, содержит линию задержки его выходного сигнала,величина ЬТ линии.задержки выбранатак, что при поступлении вспомогательных сигналов на элементы 4 и 5положительные фронты импульсов напервом входе дискриминатора 10 всегда возникают раньше, чем на втором,при всех возможных значениях задер,жек сигналов в элементах 4-8.Процесс определения мощности впредлагаемом устройстве состоит изрежимов измерения крутящего моментаМ (первый режим) и измерения мощности (второй режим).Перед началом перного режимасчетчик. 18 сбрасывается в нуль, ав счетчик 15 вводится в дополнительном коде уставка, пропорциональнаяуглу начального сдвига индукторов2, 3 относительно элементон 5, 4.При введении устанки в дополнйтельном коде происходит ее вычитание изрезультата измерения,В первом режиме производится иэмерение двух последовательностейвременных интервалов Т и Тг (Фиг,2 дза неизменное время измерения, отсчитываемое счетчиком 18. Результаты измерений интерналон Т и Т, 65 регистрируются счетчиком 15 соответственно с положительным и отрицательным знаками. Начало этого режима синхронизировано передним фронтом импульсов на синхронизнрующихвходах логической схемы 17 и схемы22 управления. По сигналу с перногорежимного выхода схемы 22 управленияоткрываются (по четвертым входам)элементы И 11 и 12, а логическаясхема 17 начинает пропускать на входсчетчика 18 импульсы задающего генератора 21.Импульсы задающего генератора 21,поступая на третьи входы элементовИ 11 и 12, обеспечивают квантованиеинтервалов Т 1 и Тгр а триггер 29/управляя по вторым входам элементами И 11 и 12, пропускает соответствующие пачки импульсов на суммирующий и вычитающий входы счетчика 15,Соотношения между порогами срабатывания Еи Ег формирователей 27и 28 и амплйтудой сигнала 086,г 3 выбраны так, что интервал Т всегданакрынает Тг (фиг. 2 к,д), т.е.Т начинается раньше и заканчивается позже Т,Длительность Т определяется суммой яэч 6 на.сф + д (мр+др+ АЧи 1 Игде дтнац с в интервал/ пропорцио-"нальный углу начального сдвига зубьев индукторон 2 и 3 относительно чувствительныхэлементов 5 и 41ЬТ - интервал, пропорцикР ональный углу скручивания вала (крутящемумоменту);йТ, - разность временных задержек сигналов н опорном и измерительномканалах (для каждого -от входа соответствующего 4 ЭС до выхода дискриминатора 10).Для интервала Т, = д 7(+д Тц, (г)С учетом уставки по углу начального сдвига в счетчике 15 к концупервого режима накапливается числоимпульсов, пропорциональное(3)При этом устраняются погрешности,обусловленные разностью фазовых сднигов в каналах (лТ 4), а также величины й Тц с в и д Т,(Сигнал переполнения счетчика 18,поступа.я через анализатор 0 19на первый командный вход схемы 22,переключает ее на второй режим (измерение мощности), в котором на первом режимном выходе схемы 22 образуется запрещающий потенциал, а на втором режимном выходе - разрешающий. При этом элементы И 11 и 12 закрываются по четвертым входам, элемент И 13 открывается по второму 5 входу, а,сигналы фсФмирователя 9 через логическую схему 17 поступают на вход счетчика 18. Одновременно сигналы с выхода делителя 20 частоты через элементы И 13, ИЛИ 14 по даются на вычитающий вход счетчика 15, что продолжается до его обнуле-ния, после чего сигнал с выхода анализатора 0 ф 16 поступает на второй командный вход схемы 22, и режим измерения мощности заканчивается. В течение второго режима счетчик 18 подсчитывает число импульсов, часЮ тота следования которых пропорциональна скорости вращения вала, за интервал времени, пропорциональный крутящему моменту И , что соответствует измеряемой мощности, передаваемой вращающимся валом.Таким образом, введение в устройство вспомогательного чувствительного элемента, корректирующего звена, блока суммирования постоянного и переменного напряжения, дополнительных формирователей и триггера знака позволяет сократить длительностьцикла измерения мощности и устранить погрешность, обусловленную различием временных сдвигов сигналов и емкостных чувствительных элементах и усилителях опорного и измерительного каналов, 10814471081447 А. Пашкобинчак Со Те вит рректор ввутяга едактор Т. Кугрыше Тираж 823 ВНИИПИ, Государственн по делам иэобретени 3035, Москва, Ж, Р