DE2033868A1 - Torque measuring device for rotating shafts - Google Patents

Description

Drehmoment - Meßgerät fUr rotierende Wellen Die vorliegende Erfindung betrifft die Nessung des Drehiomentes an umlaufenden maschinen. Dabei wird das erfindungsgemäße Meßprinzip durch die Kombination folgender Punkte gekennzeichnet: 1.) Der Torsionswinkel je des Drehmomentaufnehmers, s.B. einer Dehnungsmeßstreifen-Brücke, liefert die Ausgangsspannung UM, wobei fUr daß Drehmoment Md gelten muß: Md = prop# = prop UM (1) 2.) Die Ausgangsspannung UM des Drehmomentaufnehmers liegt am Eingang eines elektronischen Integrators, vorzugsweise eines Millor-Integrators mit Operationsverstärker, und einer Rückstellschaltung für den Integrationskondensator (Spannungsvergleicher und Entladeschalter).Torque Meter for Rotating Shafts The present invention relates to the measurement of the torque on rotating machines. The inventive Measuring principle characterized by the combination of the following points: 1.) The torsion angle each of the torque transducer, see B. a strain gauge bridge, provides the Output voltage UM, whereby for the torque Md must apply: Md = prop # = prop UM (1) 2.) The output voltage UM of the torque transducer is at the input of a electronic integrator, preferably a Millor integrator with operational amplifier, and a reset circuit for the integration capacitor (voltage comparator and discharge switch).

Die Ausgangsfrequenz fi des Integrators ist somit proportional der Ausgangsspannung UM des Drehmomentaufnehmers und demgemäß nach (1) dem Drehmoment Md . Es gilt daher Md = prop. fi (2) Diese Beziehung zeigt die digitale Ausgangsform der analogen Eingangsgröße Nd . Die Anzeige erfolgt an einem elektronischen Impulszähler mit Zeitbasis. Durch Variation der Integrationszeitkonstante sowie der Zeitbasis läßt sich das Zeitintervall des als Mittelwert angezeigten Ausgangswertes verändern. Möglichkeit der Weiterverarbeitung des digitalen Ausgangswertes ia Computer. The output frequency fi of the integrator is thus proportional to the Output voltage UM of the torque transducer and accordingly according to (1) the torque Md. It is therefore Md = prop. fi (2) This relationship shows the digital output form the analog input variable Nd. The display is made on an electronic pulse counter with time base. By varying the integration time constant and the time base the time interval of the output value displayed as the mean value can be changed. Possibility of further processing of the digital output value ia computer.

3.) Die Spannungsversorgung der gesamten Meßeinrichtung erfolgt von einem fest stationierten Spannungswandler (Nultivibrator) über einen Drehtransformator chleifringlos sur umlaufenden Welle, an der die elektronisnhen Bausteine untergebracht sind.3.) The power supply for the entire measuring system is provided by a fixed voltage converter (Nultivibrator) via a rotary transformer No slip rings on the rotating shaft on which the electronic components are housed are.

4.) Die Übertragung des digitalen Ausgangswertes, der Impulsfolgefrequenz fi , vom rotierenden zum festen Teil erfolgt über einen zweiten Drehtransformator.4.) The transmission of the digital output value, the pulse repetition frequency fi, from the rotating to the fixed part takes place via a second rotary transformer.

Bekannt Meßgeräte zur Bestimmung des Drehmoment es an rotierenden Wellen arbeiten mit Meßwertaufnehmern, die mit einer Trägerfrequenzspannung gespeist werden, wobei diese durch einen Drehtransformator übertragen wird. Entsprechend erfolgt die Abnahme des analogen trägerfrequenten Ausgangssignals ebenfalls ttber einen Drehtransformator. Vor der analogen Anzeige wird das Signal demoduliert. Eine solche Einrichtung ist nach der Offenlegungsschrift Nr. 1 473 408 bekannt..Known measuring devices for determining the torque it is rotating on Waves work with transducers that are fed with a carrier frequency voltage being transmitted through a rotary transformer. Corresponding the analog carrier-frequency output signal is also decreased over a rotary transformer. The signal is demodulated before the analog display. One such facility is according to Offenlegungsschrift No. 1 473 408 known..

Hiernach werden Widerstandsgeber (Dehnungsmeßstreifen) als Drehmomentgeber verwendet.Resistance sensors (strain gauges) are used as torque sensors used.

Eine Anordnung zur Messung der Verdrehung rotierender Wellen ist nach der Patentschrift Nr. 1 224 956 bekannt. Diese arbeitet auf der Seite der Drehmomentabnahme mittels Phasenvergleiche zweier Impulsreihen, von denen die eine an der Antriebsseite und die andere an der Abtriebsseite eines zwischen beide Seiten geschalteten Torsionsstabes abgenommen wird. Die Anzeige erfolgt hierbei in analoger Porm.An arrangement for measuring the torsion of rotating shafts is according to U.S. Patent No. 1,224,956. This works on the side of the torque decrease by means of phase comparisons of two series of pulses, one of which is on the drive side and the other on the output side of a torsion bar connected between the two sides is removed. The display is in analog form.

Das grundsätzlich Unterschiedliche zwischen der erfindungsgemäßen und der oben genannten bekannten Methode besteht darin, daß bei der ersteren 1.) der Neßwertaufnehmer mit Gleichspannung gespeist wird, 2.) diese Gleichspannung durch Gleichrichtung der über einen Drehtransformator auf die rotierende Welle übertragenen Wechselspannung gewonnen wird und 3.) der als Impulsfrequenz fi vorliegende digitale Ausgangswert über einen zweiten Drehtransformator den Anzeigegerät zugeführt wird.The fundamentally different between the invention and the above known method is that in the former 1.) the measuring transducer is fed with direct voltage, 2.) this direct voltage by rectifying the transmitted through a rotary transformer on the rotating shaft AC voltage is obtained and 3.) the digital present as pulse frequency fi Output value is fed to the display device via a second rotary transformer.

Die sich hieraus ergebenden Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung sind: 1.) Die bekannten prinzipiellen Vorteile eines Gleichstrommeßverfahrens.The advantages of the device according to the invention resulting therefrom are: 1.) The well-known principal advantages of a direct current measuring method.

2.) Die digitale Anzeige des Ausgangswerte# sowie die Ndglichkeit der Weiterverarbeitung im Computer (Prozeßsteuerung).2.) The digital display of the output value # and the necessity further processing in the computer (process control).

3.) Nittelwertbildung des Meßwertes durch Integration sowie einfache Veränderung der Mittelwertzeitkonstante in einem weiten Bereich.3.) Averaging of the measured value through integration as well as simple Change in the mean value time constant in a wide range.

4.) Die allen Integrationsverfahren eigene geringe Störanfälligkeit.4.) The low susceptibility to failure inherent in all integration processes.

5.) Unabhängigkeit des Ausgangsmeßwertes von den Eigenschaften des Drehtransformators.5.) Independence of the initial measured value from the properties of the Rotary transformer.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Neßeinrichtung -ist in rig. 1 dargestellt. Nach dieser ergibt sich ihre Wirkungsweise wie folgt: Die als Differenz gegen das Nulipotential auftretende Meßspannung UM an der Dehnungsmeßbrücke D 1, D 2 wird dem Miller-Integrator MI zugeführt, der am Ausgang die der Neßspannung UM proportionale Frequenz der Sägezahnspannung UA liefert.One embodiment of the measuring device according to the invention is in rig. 1 shown. According to this, their mode of action results as follows: The as the difference against the zero potential occurring measuring voltage UM at the strain gauge D 1, D 2 is fed to the Miller integrator MI, which has the Neß voltage at the output UM supplies the proportional frequency of the sawtooth voltage UA.

UA wird der Yergleichsspannung prop + Uko entgegengeschaltet, die Differenz beider Spannungen dem Nullindikator NI zugeführt, der bei Gleichheit beider Spannungen einen Impuls liefert, der einmal ueber den Drehtransformator DT2 als Zählimpuls auf den elektronischen Zähler EZZ mit Zeitbasis gelangt und außerdem ueber einen monostabilen Multivibrator MM den elektronischen Schalter ES ansteuert, der Jedesmal den Integrationskondensator C entlädt und damit den Integrationsvorgang von neuem startet.UA is switched against the equalization voltage prop + Uko, which The difference between the two voltages is fed to the zero indicator NI, which when both Voltages supplies a pulse that is transmitted once via the rotary transformer DT2 as Counting pulse gets to the electronic counter EZZ with time base and moreover controls the electronic switch ES via a monostable multivibrator MM, which each time discharges the integration capacitor C and with it the integration process starts all over again.

Die Spannungsversorgung der verschiedenen Bausteine erfolgt vom Impulsgenerator IG, der stationär angebracht ist, über den Drehtransformator DT1 mit 4 Sekundärwicklungen auf die entsprechenden Gleichrichter.The various modules are supplied with power from the pulse generator IG, which is mounted stationary, via the rotary transformer DT1 with 4 secondary windings on the appropriate rectifier.

Der rotierende Teil ROT der im Bild dargestellten Prinzipschaltung ist durch die strich-punktierte Begrenzung eingezeichnet und umfaßt somit alle elektronischen Bausteine außer den Zähler EZZ und den Primärseiten der beiden Drehtransformatoren DT1 und DT2. Infolge der Verwendung integrierter Bausteine sind die Abmaße des rotierenden Teils der Schaltung so klein, daß sie ohne Schwierigkeiten am Drebmomentgeber untergebracht werden können.The rotating part RED of the basic circuit shown in the picture is indicated by the dash-dotted border and thus includes all electronic ones building blocks except for the counter EZZ and the primary sides of the two rotary transformers DT1 and DT2. As a result of the use of integrated components, the dimensions of the rotating Part of the circuit so small that it can be accommodated on the torque sensor without difficulty can be.

In Betracht gezogene Druckschriften: Offenlegungeschrift Nr. 1 473 408 Patentschrift Nr. 1 224 956Publications considered: Offenlegungsschrift No. 1 473 408 Patent No. 1,224,956

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Drehmomentmeßgerät für rotierende Wellen, gekennzeichnet durch einen am rotierenden Teil (ROT) angebrachten gleichstromgespeisten Drehmomentaufnehmer, vorzugsweise einer Dehnungsmeßstreifen-Brücke (D1, D2), dessen Ausgangsgleichspannung UM einen elektronischen Integrator, vorzugsweise einen Miller-Integrator (MI) mit Operationsverstärker in integrierter Bauweise zugeführt, dessen Ausgangsspannung (UA) Aber einen Nullindikator (NI) mit einer konstanten, variierbaren Schwellwertspannung tko) verglichen sowie bei Erreichen der Integrationskondensator (a) jedesial durch einen elektronischen Schalter (ES) entladen wird und die hierdurch gebildeten Ausgangsimpulse über einen Drehtransformator (DT2) einem elektronischen Zähler mit variierbarer Zeitbasis (EZZ) zur digitalen Anzeige ugeführt werden. Claims: 1. Torque measuring device for rotating shafts, characterized by a DC-fed torque transducer attached to the rotating part (ROT), preferably a strain gauge bridge (D1, D2), its output DC voltage UM has an electronic integrator, preferably a Miller integrator (MI) Integrated operational amplifier supplied, its output voltage (UA) But a zero indicator (NI) with a constant, variable threshold voltage tko) and when reaching the integration capacitor (a) each through an electronic switch (ES) is discharged and the resulting output pulses via a rotary transformer (DT2) an electronic counter with variable Time base (EZZ) for digital display. 2. Drehmomentmeßgerät nach anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einspeisung einer von einem fest stationierten Nultivibrator (IG) erzeugten Wechselspannung über einen Drehtransformator (DT1) auf den rotierenden Teil sowie deren Gleichrichtung, Siebung und Stabilisierung für die Spannungsversorgung der am rotierenden Teil (ROT) angebrachten Bausteine2. Torque measuring device according to claim 1, characterized by the feed an alternating voltage generated by a stationary cultivator (IG) via a rotary transformer (DT1) to the rotating part and its rectification, Screening and stabilization for the power supply to the rotating part (ROT) attached building blocks