DE2815463A1 - Shaft torque meter with digital read=out - detects phase difference between inductive transducers attached to shaft - Google Patents
Shaft torque meter with digital read=out - detects phase difference between inductive transducers attached to shaftInfo
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Abstract
Description
D R E H M O M E N T M E S S E RD R E H M O M E N T M E S S E R
Die Erfindung betrifft einen Drehmomentmesser zur Messung des Drehmoments einer umlaufenden Welle.The invention relates to a torque meter for measuring torque a rotating wave.
Aufgabe der Erfindung ist, einen genau arbeitenden Drehmomentmesser zu schaffen.The object of the invention is to provide an accurately working torque meter to accomplish.
Der vorgeschlagene Drehmomentmesser ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei der umlaufenden Welle zugeordnete, in einem gegenseitigen Abstand angeordnete und zur Abgabe von Wellenimpulssignalen gleicher Frequenz, jedoch mit einer dem Wellendrehmoment entsprechenden Phasendifferenz dienende Fühler, einen Taktgeber und eine mit den beiden Fühlern und dem Taktgeber gekoppelte, zur Abgabe von Taktimpulsgruppen, wobei die Anzahl der Taktimpulse in jeder Gruppe das Drehmoment der Welle darstellt, dienende Schaltung.The proposed torque meter is characterized according to the invention by two associated with the rotating shaft, arranged at a mutual distance and for the delivery of wave pulse signals of the same frequency, but with one of the A sensor serving the phase difference corresponding to the shaft torque, a clock generator and one coupled to the two sensors and the clock generator for the delivery of clock pulse groups, where the number of clock pulses in each group represents the torque of the shaft, serving circuit.
Weitere Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche 2 - 15.Further refinements form the subject matter of subclaims 2 - 15.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Drehmomentmesser ist im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungs-.The torque meter proposed according to the invention is shown below explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the drawings. In the drawings, Fig. 1 is a block diagram of an inventive.
gemäß ausgebildeten Drehmomentmessers, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Drehmomentmessers und Fig. 3A bis 3C jeweils die Darstellung eines im Betrieb der Ausführungsform nach Fig. 2 verwendeten Impulses. according to designed torque meter, FIG. 2 is a block diagram another embodiment of the torque meter and Figs. 3A to 3C, respectively the representation of a pulse used in the operation of the embodiment of FIG.
In Fig. 1 ist ein Drehmomentmesser dargestellt, der ein auf einer Welle 3 gelagertes gezahntes Rad 1 aufweist.In Fig. 1, a torque meter is shown, the one on a Has shaft 3 mounted toothed wheel 1.
An einer anderen Stelle der Welle ist ein weiteres, dem gezahnten Rad 1 identisches gezahntes Rad 5 angeordnet Bei Umlauf der Welle 3 laufen die Zähne der gezahnten Räder 1 , 5 jeweils vor einer gegen Masse 10 geschalteten Geberspule 7 bzw. 9 vorbei. Beim Vorbeilaufen eines Zahns an einer Geberspule wird in dieser eine elektrische Spannung erzeugt, so daß die beiden Geberspulen 7 und 9 beim Umlauf der Welle 3 Impulse liefern.At another point on the shaft is another one, the toothed one Wheel 1 identical toothed wheel 5 arranged. When the shaft 3 rotates, the teeth run of the toothed wheels 1, 5 in front of a transmitter coil connected to ground 10 7 or 9 over. When a tooth passes an encoder coil, this an electrical voltage is generated, so that the two transmitter coils 7 and 9 when rotating deliver 3 pulses to the shaft.
Die von den Geberspulen 7, 9 gelieferten Impulse werden jeweils an einen Rechteckwellenverstärker 11 bzw. 14 angelegt. Die beiden Rechteckwellenverstärker 11 und 14 können jedoch auch in Fortfall kommen, wenn die von den Geberspulen 7 und 9 gelieferten Impulse eine geeignete Impulsform aufweisen. Die Ausgänge der Rechteckwellenverstärker 11, 14 liegen an einem Exclusiv-Nor-Gatter 17 Wenn beide Rechteckwellenverstärker 11, 14 gleichzeitig einen Impuls liefern, gibt das Exclusiv-Nor-Gatter 17 ein logisches Ausgangssignal hohen Pegelwerts ab. Wenn nur einer der beiden Rechteckwellenverstärker 11 oder 14 keinen Impuls liefert, gibt das Exclusiv-Nor-Gatter 17 ein logisches Ausgangssignal niedrigen Pegelwerts ab.The pulses supplied by the transmitter coils 7, 9 are each on a square wave amplifier 11 or 14 is applied. The two square wave amplifiers 11 and 14 can, however, also be omitted if the signals from the transmitter coils 7 and 9 pulses supplied have a suitable pulse shape. The outputs of the Square wave amplifiers 11, 14 are connected to an Exclusive-Nor gate 17 if both Square wave amplifiers 11, 14 deliver a pulse at the same time, gives the exclusive-nor gate 17 outputs a logic high level output signal. If only one of the two square wave amplifiers 11 or 14 does not provide a pulse, the exclusive-nor gate 17 outputs a logical one Output signal from the low level value.
Wenn beide Rechteckwellenverstärker 11 und 14 keinen Impuls liefern, gibt das Exclusiv-Nor-Gatter 17 ein Ausgangssignal hohen Pegelwerts ab. Somit entspricht die Zeitdauer eines niedrigen Ausgangssignals des Exclusiv-Nor-Gatters 17 dem Drehmoment. Das Ausgangssignal des Exclusiv-Nor-Gatters 17 wird an ein Und-Gatter 20 angelegt. Das Ausgangssignal des Rechteckwellenverstärkers 14 liegt an einer Phase-Lock-Loop,oder "phasenverriegelten Schleife", die aus einem Phasenvergleicher 23, der eine Spannung an einen Filter 25 abgibt, welcher seinerseits eine gefilterte Spannung an einen spannungsgeregelten Oszillator 27 liefert, besteht. Die vom Phasergleicher 23 gelieferte Spannung entspricht der Phasendifferenz zwischen den Impulsen des Rechteckwellenverstärkers 14 und weiteren wie nachstehend beschrieben an den Phasenvergleicher 23 angelegten Impulsen. Der Oszillator 27 liefert eine Vielzahl von Taktimpulsen, deren Frequenz vorgegeben ist durch'die an dem Oszillator 27 angelegten Spannungen. Die Taktimpulse werden an einen durch N teilenden Teiler 30 angelegt, dessen Impulse wiederum an den Phasenvergleicher 23 angelegt sind. Im Betrieb liefert der Oszillator 27 die Taktimpulse mit einer um das N-fache größeren Frequenz als der Frequenz der vom Rechteckwellenverstärker 14-gelieferten Impulse.If both square wave amplifiers 11 and 14 do not deliver a pulse, the exclusive-nor gate 17 outputs a high-level output signal. Thus corresponds the duration of a low output signal of the exclusive-nor gate 17 corresponds to the torque. The output signal of the Exclusive-Nor gate 17 is applied to an AND gate 20. The output signal of the square wave amplifier 14 is applied to a phase lock loop, or "phase-locked Loop "coming from a phase comparator 23, which outputs a voltage to a filter 25, which in turn is a filtered one Supplying voltage to a voltage-controlled oscillator 27 exists. The one from the phaser matcher 23 delivered voltage corresponds to the phase difference between the pulses of the Square wave amplifier 14 and others as described below to the phase comparator 23 applied pulses. The oscillator 27 supplies a large number of clock pulses, the frequency of which is predetermined by the voltages applied to the oscillator 27. The clock pulses are applied to a divider 30 which divides by N, the pulses of which are in turn applied to the phase comparator 23. The oscillator delivers during operation 27 the clock pulses with a frequency N times greater than the frequency of the pulses supplied by the square wave amplifier 14.
Die vom Oszillator 27 gelieferten Taktimpulse werden dem Oder-Gatter 20 zugeführt, welches ein Ausgangssignal an einen durch 2T teilenden Teiler 35 abgibt, wobei T die Zähnezahl eines der beiden gezahnten Räder 1 oder 5 ist.The clock pulses supplied by the oscillator 27 are the OR gate 20 supplied, which emits an output signal to a divider 35 divided by 2T, where T is the number of teeth on one of the two toothed wheels 1 or 5.
Das Exclusiv-Nor-Gatter 17 und das Oder-Gatter 20 arbeiten in der Weise, daß bei gleichzeitiger Abgabe von Impulsen durch die Rechteckwellenverstärker 11 und 14 das hohe Ausgangssignal des Exclusiv-Nor-Gatters 17 die vom Oszillator 27 gelieferten Taktimpulse überdeckt.The exclusive-nor-gate 17 and the or-gate 20 work in the Way that with simultaneous delivery of pulses through the square wave amplifier 11 and 14 the high output of the exclusive-nor gate 17 that of the oscillator 27 delivered clock pulses covered.
Wenn jedoch einer der beiden Rechteckwellenverstärker 11, 14 keinen Impuls liefert, jedoch der andere der beiden Verstärker einen Impuls liefert, gibt das Oder-Gatter 20 Impulse an den Teiler 35 ab. Die vom Teiler 35 erzeugten Impulse werden an einen Zähler 37 angelegt.However, if one of the two square wave amplifiers 11, 14 does not Pulse delivers, but the other of the two amplifiers delivers a pulse the OR gate sends 20 pulses to the divider 35. The pulses generated by the divider 35 are applied to a counter 37.
Die vom Rechteckwellenverstärker 14 kommenden Impulse werden an einen durch T teilenden Teiler 40 angelegt, der einen Impuls für jede volle Umdrehung des Rades 5 liefert.The pulses coming from the square wave amplifier 14 are sent to a by T dividing divider 40 applied, the an impulse for each full rotation of the wheel 5 delivers.
Die vom Teiler 40 gelieferten Impulse werden an ein Verzögerungsglied 43 und eine Halteschaltung 45 angelegt.The pulses supplied by the divider 40 are sent to a delay element 43 and a hold circuit 45 is applied.
Das Verzögerungsglied 43 liefert einen verzögerten Impuls an den Teiler 35 und den Zähler 37. Die Vorderflanke des verzögerten Impulses stellt den Teiler 35 und den Zähler 37 zurück, während die Hinterflanke des Impulses den Zähler 37 mit den von einem Steller 50 gelieferten Digitalsignalen lädt.The delay element 43 supplies a delayed pulse to the divider 35 and the counter 37. The leading edge of the delayed pulse represents the divider 35 and the counter 37 back, while the trailing edge of the pulse the counter 37 loads with the digital signals supplied by a controller 50.
Der Ausgang der Halteschaltung 45 liegt an einer Sichtanzeige 53 und einem Digital-Analog-Wandler 55, der ein dem Drehmoment entsprechendes Analogsignal liefert.The output of the holding circuit 45 is on a display 53 and a digital-to-analog converter 55, which outputs an analog signal corresponding to the torque supplies.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Drehmomentmessers stellt einen Digitaldrehmomentmesser zum Messen des Drehmoments einer umlaufenden Welle da. Das Drehmoment wird ermittelt durch Erzeugung von zwei Signalen, deren Phasendifferenz dem Drehmoment der Welle entspricht. Die Phasendifferenz wird dann zur Erzeugung von in ihrer Anzahl dem Drehmoment entsprechenden Impulsen benutzt. Diese Impulse werden dan gezählt, zur Sichtanzeige gebracht und ggf. aufgezeichnet.The embodiment of the torque meter described above represents a digital torque meter for measuring the torque of a rotating Wave there. The torque is determined by generating two signals, whose Phase difference corresponds to the torque of the shaft. The phase difference then becomes used to generate pulses corresponding in number to the torque. These impulses are then counted, displayed and, if necessary, recorded.
Anhand der Figuren 2 und 3A bis 3C sei nunmehr eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drehmomentmessers beschrieben. Mit den Bezugszeichen 1 bis 14 sind wiederum gleiche Teile wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform liegen jedoch die Ausgänge der Rechteckwellenverstärker 11 und 14 an einem Exclusiv-Oder-Gatter 1117, dessen Ausgang seinerseits an einem Und-Gatter 125 liegt.A second embodiment is now based on FIGS. 2 and 3A to 3C of the torque meter proposed according to the invention. With the reference numbers 1 to 14 are again the same parts as in the embodiment of FIG. In this embodiment, however, the outputs of the square wave amplifiers are located 11 and 14 at an exclusive-or gate 1117, the output of which in turn is at a AND gate 125 is located.
Ein Taktgeber 1126 liefert Taktimpulse an das Und-Gatter 125 und an ein weiteres Und-Gatter 127.A clock 1126 provides clock pulses to AND gate 125 and on another AND gate 127.
Die vom Rechteckwellenverstärker 11 gelieferten Impulse werden an einen Teiler 30 angelegt, welcher die Impulse durch eine der Zähnezahl an Rad 1 oder 5 entsprechende Zahl teilt. Jeder vom Teiler 130 gelieferte Impuls triggert einen monostabilen Multivibrator 133 zur Abgabe eines negativen "Eingabe"-Impulses E1, der in Fig. 3A dargestellt ist. Die Eingabe-Impulse E1 liegen an einem weiteren monostabilen Multivibrator 135 und triggern diesen zu einem negativen Rückstellimpuls E2, der in Fig.The pulses supplied by the square wave amplifier 11 are on a divider 30 is applied, which divides the pulses by one of the number of teeth on gear 1 or divides 5 corresponding number. Each pulse provided by divider 130 triggers a monostable multivibrator 133 for delivering a negative "input" pulse E1 shown in Fig. 3A. The input pulses E1 are due to another monostable multivibrator 135 and trigger this to a negative reset pulse E2, which is shown in Fig.
3B dargestellt ist. Die Impulse E1, E2 liegen an einem Nand-Gatter 138, welches seinerseits einen positiven Impuls erzeugt, der einem Inverter 139 zugeführt wird, welcher den in Fig. 3C dargestellten negativen Impuls E3 erzeugt. Dieser Impuls E3 wird an die Und-Gatter 125, 127 angelegt und sperrt diese während der Zeitdauer des Impulses E3, so daß die nachstehend beschriebenen Zählvorgänge während des Auftretens der Impulse E1 und E2 nicht erfolgen.3B is shown. The pulses E1, E2 are on a NAND gate 138, which in turn generates a positive pulse that is sent to an inverter 139 which generates the negative pulse E3 shown in FIG. 3C. This pulse E3 is applied to the AND gates 125, 127 and blocks them during the duration of the pulse E3, so that the counting processes described below not take place during the occurrence of the pulses E1 and E2.
Die vom Taktgeber 126 gelieferten Taktimpulse durchlaufen das Und-Gatter 125, wenn das vom Exclusiv-Oder-Gatter 117 gelieferte Signal einen hohen Pegelwert aufweist und kein Impuls E3 vorhanden ist. Die vom Und-Gatter 125 durchgelassenen Impulse werden einem durch 100 teilenden Teiler 140 zugeführt, und dessen Impulse liegen an einem Zähler 143, der diese in Aufwärtsrichtung zählt. In entsprechender Weise durchlaufen die vom Taktgeber 126 abgegebenen Taktimpulse das Und-Gatter 127 bei Nichtvorhandensein eines Impulses E3 und gelangen zu einem durch 5000 teilenden Teiler 147, dessen Impulse einem Zähler 149 zugeführt werden. An dieser Stelle sei angemerkt, daß der Zähler 143 einen eine Phasendifferenz darstellen-'den Zählwert führt, während der Zähler 149 einen die Zeitdauer eines Takts des Drehmomentmessers darstellenden Zählwert führt. Die Zähler 143 und 149 werden durch einen Rückstellimpuls E2 vom monostabilen Multivibrator 135 periodisch rückgestellt und liefern jeweils den Zählwerten entsprechende Digitalsignale an eine Halteschaltung 152 bzw. 153. Die Halteschaltungen 152 und 153 speichern die Digitalsignale von Zähler 143 bzw. 149 in Abhängigkeit von einem Impuls des monostabilen Multivibrators 133. Die Arbeitsweise ist dabei folgende, daß die Halteschaltungen 152 und 153 die von dem Zähler 143 bzw. 149 gelieferten Digitalsignale speichern, und dann die Zähler 143 und 149 auf null rückgestellt werden. Die Halteschaltungen 152 und 153 liefern die Digitalsignale jeweils an einen Abwärtszähler 157 bzw. 158.The clock pulses supplied by the clock generator 126 pass through the AND gate 125 if the signal supplied by the exclusive-or gate 117 has a high level value and there is no pulse E3. Those passed by AND gate 125 Pulses are fed to a divider 140 dividing by 100, and its pulses are on a counter 143, which counts this in upward direction. In appropriate The clock pulses emitted by the clock generator 126 pass through the AND gate 127 in the absence of a pulse E3 and arrive at a divide by 5000 Divider 147, the pulses of which are fed to a counter 149. At this point be It is noted that the counter 143 is a count value representing a phase difference leads, while the counter 149 one the duration of a cycle of the torque meter performing Count leads. The counters 143 and 149 are through periodically reset a reset pulse E2 from the monostable multivibrator 135 and each supply digital signals corresponding to the count values to a holding circuit 152 and 153, respectively. The latches 152 and 153 store the digital signals of Counter 143 or 149 as a function of a pulse from the monostable multivibrator 133. The operation is as follows, that the holding circuits 152 and 153 the store digital signals supplied from the counter 143 and 149, respectively, and then the counters 143 and 149 are reset to zero. Hold circuits 152 and 153 provide the digital signals to a down counter 157 and 158, respectively.
Ein Taktgeber 170 liefert Taltimpulse an ein Und-Gatter 172, welches seinerseits durch den Ausgang einer Flip-Flop-Schaltung 173 gesteuert ist und dementsprechend die vom Taktgeber 170 gelieferten Impulse durchläßt oder sperrt. Die vom Und-Gatter 172 durchgelassenen Impulse werden an Abwärtszähler 175 und 158 angelegt. Ein Steller 176 liefert einem vorbestimmten Multiplikationsfaktor N entsprechende Signale an den Abwärtszähler 175, die in diesen in Abhängigkeit von einem Impuls E2 eingegeben werden. Bei Abwärtszählung liefert der Abwärtszähler 175 einen Impuls an den Abwärtszähler 157, wobei der Abwärtszähler 175 so eingestellt ist, daß er so lange abwärts zählt, bis das Und-Gatter 172 gesperrt wird.A clock 170 supplies valley pulses to an AND gate 172, which is in turn controlled by the output of a flip-flop circuit 173 and accordingly the pulses supplied by the clock 170 pass or block. The one from the AND gate 172 passed pulses are applied to down counters 175 and 158. A plate 176 provides signals corresponding to a predetermined multiplication factor N the down counter 175, which is entered in this depending on a pulse E2 will. When counting down, the down counter 175 provides a pulse to the down counter 157, the down counter 175 being set to count down as long as until the AND gate 172 is disabled.
Der Abwärtszähler 157 liefert bei Erreichen eines Zählwerts null ein Impulsausgangssignal zur Rückstellung der Flip-Flop-Schaltung 173, durch den das Und-Gatter 172 gesperrt und der Durchgang der vom Taktgeber 170 abgegebenen Taktimpulse unterbrochen wird, so daß die Anzahl der-vom Und-Gatter 172 durchgelassenen Taktimpulse dem Produkt aus N und dem Zählwert im Zähler 143 entspricht. Da der Zählwert im Zähler 149 kleiner oder gleich ist dem N-fachen des Zählwerts im Zähler 143, veranlassen die vom Und-Gatter 172 durchgelassenen Impulse, daß der Abwärtszähler 158 wiederholt nach null abwärts zählt. Sobald der Zählwert im Abwärtszähler 158 null erreicht, liefert dieser Zähler einen Impuls an einen weiteren Zähler 180 und an einen Inverter 181. Der Inveter 181 invertiert den Impuls und legt diesen invertierten Impuls wiederum an an den Abwärtszähler 158 anç so daß dieser die von der Halteschaltung 153 gelieferten Digitalsignale aufnimmt und eine erneute Abwärtszählung ausführt. Wenn die Flip-Flop-Schaltung 173 durch den Abwärtszähler 157 rückgestellt wird, entspricht der Zählwert im Zähler 180 dem Produkt aus N und dem Zählwert im Zähler 143, geteilt durch den Zählwert im Zähler 149.The down counter 157 supplies zero when a count value is reached Pulse output signal for resetting the flip-flop circuit 173 through which the AND gate 172 blocked and the passage of the clock pulses emitted by the clock generator 170 is interrupted so that the number of clock pulses passed by the AND gate 172 corresponds to the product of N and the count in counter 143. There the count in counter 149 is less than or equal to N times the count im Counter 143, cause the pulses passed by AND gate 172 that the Down counter 158 repeatedly counts down to zero. As soon as the count value in the down counter 158 reaches zero, this counter sends a pulse to another counter 180 and to an inverter 181. The inveter 181 inverts the pulse and applies it inverted pulse in turn to the down counter 158 so that this the from the hold circuit 153 receives digital signals and counts down again executes. When the flip-flop circuit 173 is reset by the down counter 157 is, the count in counter 180 corresponds to the product of N and the count im Counter 143 divided by the count in counter 149.
Der Zählwert im Zähler 180 entspricht außerdem dem Drehmoment in der Welle 3.The count in counter 180 also corresponds to the torque in the Wave 3.
Ein Steller 183 kann zur Eingabe eines Zählwerts in den Zähler 180 verwendet werden, welcher einem ggf. vorhandenen Fluchtungsfehler zwischen den beiden Rädern 1 und 5 entspricht.A controller 183 can be used to input a count value into the counter 180 be used, which is a possibly existing misalignment between the two Corresponds to wheels 1 and 5.
Die Halteschaltung 185 erhält von dem Zähler 180 dem Zahlwert entsprechende Digitalsignale zugeführt und wird zur Eingabe der Digitalsignale durch das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 173 gesteuert. Die Halteschaltung 185 liefert somit Digitalsignale an eine Sichtanzeige 187 von z.B. bekannter Ausführung, welche das in bezug auf den Umlauf der Welle 3 gemittelte Drehmoment anzeigt.The holding circuit 185 receives the count value from the counter 180 Digital signals are supplied and is used to input the digital signals through the output signal the flip-flop circuit 173 is controlled. The hold circuit 185 thus supplies digital signals to a visual display 187 of e.g. the rotation of the shaft 3 indicates averaged torque.
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