SU1352259A1 - Device for measuring power on shaft - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к силоизме- рительной технике И может быть использовано дл  измерени  мощности и крут щего момента, перевиваемого вращающимс  валом.The invention relates to a force-measuring technique, and can be used to measure the power and torque transmitted by a rotating shaft.

Цель изобретени  - повышение точности .The purpose of the invention is to increase accuracy.

На фиг.1 представлена структурна  устройства; на фиг. 2 - эпюры сигналов на выходах элементов устрой ства.Figure 1 shows the structural devices; in fig. 2 - signal plots at the outputs of the device elements.

Устройство дл  измерени  мощности на валу содержит два импульсных датчика 1 и 2, реверсивный счётчик 3, два делител  4 и 5 частоты, выполнен ные в виде двоичных счетчиков, генератор 6 импульсов, подключенный к входу делител  4 частоты, шесть схем И 7-12, четыре элемента ИЛИ 13-16, кольцевой распределитель 17 импульсов , два коммутатора 18 и 19, три формировател  20-22 импульсов, триггер 23 и ключ 24 Пуск.The device for measuring power on the shaft contains two pulse sensors 1 and 2, a reversible counter 3, two dividers 4 and 5 frequencies, made in the form of binary counters, a generator of 6 pulses connected to the input of the splitter 4 frequencies, six circuits And 7-12, four elements OR 13-16, a ring distributor 17 pulses, two switches 18 and 19, three formers 20-22 pulses, a trigger 23 and a key 24 Start.

Входы элемента ИЛИ 13 подключены соответственно к выходам схем И 7 и 8, первый вход элемента ИЛИ 14 подключен к выходу схемы И 9, а выходы кольцевого распределител  17 импульсов подключены соответственно к первым входам схем И 7, 8 и 10, вторые входы которых подключены к импульсному датчику 1 и .входу кольцевого распределител  17 импульсов. Выходы коммутатора 18 подключены соответственно к суммирующему и вычитающему .входам реверсивного счетчика 3, установочный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 15, а выход- к счетному входу триггера 23, установочный вход которого подключен к установочному входу делител  5 частоты и к первым входам элементов ИЛИ 1 и 16, вторые входы которых через формирователь 20 импульсов подключены к выходу схемы И 8 и к первому входу схемы И 11, второму входу которой подключен импульсный датчик 2, а к выходу - первый управл юпщй вход коммутатора 18, второй управл ющий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 16,The inputs of the element OR 13 are connected respectively to the outputs of the circuits And 7 and 8, the first input of the element OR 14 is connected to the output of the circuit And 9, and the outputs of the ring distributor 17 pulses are connected respectively to the first inputs of the circuits And 7, 8 and 10, the second inputs of which are connected to pulse sensor 1 and. the input of the ring distributor 17 pulses. The outputs of the switch 18 are connected respectively to the summing and subtracting inputs of the reversing counter 3, the installation input of which is connected to the output of the OR 15 element, and the output to the counting input of trigger 23, the installation input of which is connected to the installation input of the frequency divider 5 and to the first inputs of the OR elements 1 and 16, the second inputs of which through the driver 20 pulses are connected to the output of the circuit AND 8 and to the first input of the circuit 11, the second input of which is connected to the pulse sensor 2, and to the output the first control input of the switch 18, sec oh control input of which is connected to the output of the element OR 16,

Младшие разр ды делител  4 частоты подключены к соответствующим информационным входам коммутатора 19, а старший разр д делител  4 частоты подключен к первому входу схемы И 12, второй вход которой подключен к выходу схемы И 10, а выход - к входу де20The lower bits of the 4-frequency divider are connected to the corresponding information inputs of the switch 19, and the 4-frequency high-order divider is connected to the first input of the circuit 12, the second input of which is connected to the output of the circuit 10, and the output to the input 20

2525

5five

2259222592

лител  5 частоты, старшие разр ды которого подключены к соответствующим управл ющим входам коммутатора 19, выход которого подключен к первому входу схемы И 9, второй вход которой подключен к выходу элемента ИЛИ 13.frequency 5, the high bits of which are connected to the corresponding control inputs of the switch 19, the output of which is connected to the first input of the AND 9 circuit, the second input of which is connected to the output of the OR 13 element.

Формирователь 21 импульсов включен между выходом схемы И 7 и установочным входом делител  5 частоты.The pulse shaper 21 is connected between the output of the AND 7 circuit and the setting input of the frequency divider 5.

Формирователь 22 импульсов включен между вторым входом элемента ИЛИ 14 и выходом триггера 23, подключенного к третьим входам элементов ИЛИ 15 и 16. На фиг.2 показаны: эпюра сигнала 5 25 на выходе импульсного датчика 1, эпюра сигнала 26 на выходе импульсного датчика 2, эпюра сигнала 27 на выходе схемы И 10, эпюра сигнала 28 на выходе схемы И 8, эпюра сигналаThe pulse shaper 22 is connected between the second input of the OR element 14 and the output of the flip-flop 23 connected to the third inputs of the OR elements 15 and 16. Figure 2 shows: a signal plot 5 25 at the output of pulse sensor 1, a signal plot 26 at the output of pulse sensor 2, signal plot 27 at the output of the circuit And 10, signal trace 28 at the output of the circuit And 8, signal plot

29на выходе схемы И 7, эпюра сигнала29 at the output of the circuit And 7, the signal curve

30на выходе формировател  20, эпюра сигнала 31 на выходе формировател  21 . Отрицательные импульсы сигналов 2530 at the output of the imaging unit 20, the signal plot 31 at the output of the imaging unit 21. Negative Pulses of Signals 25

и 26 соответствуют меткам, расположенным по концам упругого вала. Импульсные датчики 1 и 2 расположены таким образом, что их импульсы смещены примерно на 0,5 Ту.and 26 correspond to labels located at the ends of the elastic shaft. Pulse sensors 1 and 2 are located in such a way that their pulses are offset by about 0.5 Tu.

Устройство дл  измерени  мощности на валу работает следующим образом.A device for measuring shaft power operates as follows.

При изменении мощности на валу измен етс  угол закрутки упругого вала и, соответственно, измен етс When the power on the shaft changes, the twist angle of the elastic shaft changes and, accordingly, changes

соотношение длительностей t и t 35 (фиг.2). Разность ut t - t, пропорциональна углу закрутки упругого вала Ц и частоте w вращени  вала. Цикл измерени  мощности состоит из трех этапов. Во врем  первого 40 этапа грубо оцениваетс  частота со вращени  вала и выбира.етс  частота , счета. Во врем  второго этапа измер етс  ut, а во врем  .третьего - частота (О вращени  вала.the ratio of the durations of t and t 35 (figure 2). The difference ut t - t is proportional to the twist angle of the elastic shaft C and the frequency w of the shaft rotation. The power measurement cycle consists of three steps. During the first 40 steps, the frequency is roughly estimated from the rotation of the shaft and the choice of frequency, counting. During the second stage, ut is measured, and during the third stage, frequency (o shaft rotation).

45 Работа устройства начинаетс  после срабатывани  в момент времени t ключа 24 Пуск.45 The operation of the device begins after the triggering at the time t of the key 24 Start.

Кольцевой распределитель 17 уста- 5Q навливаетс  в состо ние, по которому разрешающий уровень подаетс  на схему И 7 и на ее выходе по вл етс  остаток положительного импульса датчика 1 (фиг.2, эпюра 29). Отрицатель- ный фронт этого импульса в формирователе 21 преобразуетс  в короткий импульс, с помощью которого все устройство дд  измерени  мощности устанавливаетс  в исходное состо ние.The ring distributor 17 is set 5Q to a state where the enabling level is applied to the AND7 circuit and the remainder of the positive pulse of sensor 1 appears at its output (Figure 2, plot 29). The negative front of this pulse in the imaging unit 21 is transformed into a short pulse, with the help of which the entire power measurement device, dd, is reset.

Счетчики делител  5 частоты и реверсивный счетчик 3 сбрасываютс  в О, коммутатор 18 устанавливаетс  в режи Сложение , а с триггера 23 на выход устройства подаетс  сигнал, соответствующий знаку + кода реверсивного счетчика 3. Следующий положительный импульс, датчика 1 переводит кольцево распределитель 17 в состо ние, при котором разрешающий уровень подаетс  на схему И 10. Одновременно импульс датчика 1 через схему И 10 подаетс  в качестве разрешающего уровн  на схему И 12. На вход делител  5 час- тоты через схему И 12 поступают импульсы с выхода депител  4 частоты. Частота импульсов подобрана таким образом, что за врем  действи  импулса датчика 1 (фиг.2, эпюра 27) на стар- ших разр дах двоичного счетчика делител  5 частоты формируетс  код числа п, который измен етс  на единицу при изменении числа импульсов в делителе 5 частоты в два раза. На выходах де- лител  4 частоты из сигнала генерГй- тора 6 импульсов с частотой f формируютс  сигналы с частотами, отличными в два раза друг от другаThe frequency divider counters 5 and the reversible counter 3 are reset to O, the switch 18 is set to Addition mode, and from the trigger 23 a signal corresponding to the + sign of the reversible counter code 3 is sent to the device output. The next positive pulse of sensor 1 converts the distributor 17 to the state at which the resolving level is fed to the AND 10 circuit. At the same time, the pulse of sensor 1 through the AND 10 circuit is supplied as the resolving level to the AND 12 circuit. At the input of the frequency divider 5, the 12 output pulses are received through the And 12 circuit. Ate 4 frequencies. The frequency of the pulses is chosen in such a way that during the pulse impulse 1 (Fig. 2, plot 27), the high bits of the binary counter of the frequency divider 5 generate a code of the number n, which changes by one when the number of pulses in the frequency divider 5 changes twice. At the outputs of the divider 4 frequencies, signals from the generator generator signal 6 with the frequency f are formed with signals that are two times different from each other.

(fc(fc

2). Коммутатор 19 управл етс  302). Switch 19 is controlled by 30

кодом числа п и при увеличении в делителе 5 частоты числа импульсов в два раза подключает к своему выходу следующий выход делител  4 частоты с частотой импульсов в два раза меньшей. Таким образом, за врем  действи  первого полного импульса датчика 1 происходит выбор частоты счета.code number n and with an increase in the divider 5 frequency of the number of pulses twice connects to its output the next output divider 4 frequency with a frequency of pulses twice less. Thus, during the first full pulse of sensor 1, the counting frequency is selected.

Второй импульс датчика 1 перево- дит кольцевой распределитель 17 в состо ние, при котором разрешающий уровень подаетс  на схему И 8. Одновременно импульс датчика 1 через схему И 8 и элемент ИЛИ 13 подаетс  в качестве разрешающего уровн  на схему И 9. Импульсы выбранной частоты счета с выхода коммутатора 19 через схему И 9, элемент ИЛИ 14 и коммутатор 18 поступают на суммирую- щий вход реверсивного счетчика 3. Одновременно сигнал импульсного датчика 1 в качестве разрешающего уровн  поступает на вход схемы И 11. Отрицательный фронт импульса с выхода датчика 2 через схему И 11 (фиг.2, эпюры 26 и 27) поступает на второй управл юищй вход коммутатора 18 и переводит реверсивный счетчик 3 вThe second pulse of sensor 1 transfers the ring distributor 17 to a state in which the permissive level is fed to the AND 8 circuit. At the same time, the impulse of the sensor 1 is through the AND 8 circuit and the OR 13 element is fed as the permissive level to the AND 9 circuit. Pulses of the selected counting frequency from the output of the switch 19 through the circuit AND 9, the element OR 14 and the switch 18 arrive at the summing input of the reversible counter 3. At the same time, the signal of the pulse sensor 1 as the resolution level is fed to the input of the circuit 11. The negative edge of the pulse from the output d tchika 2 through the AND circuit 11 (Figure 2, diagrams 26 and 27) is supplied to the second control input yuischy switch 18 and translates down counter 3

5 0 5 5 0 5

00

5five

0 5 5 0 5 5

режим Вычитание. Если врем  t t, , то при переходе реверсивного счетчика 3 через нулевое состо ние на его выходе формируетс  сигнал, который опрокидывает триггер 23. Сигнал с выхода триггера 23 через элемент ИЛИ 16 переводит коммутатор 18 в режим Сложение, через элемент ИЛИ 15 устанавливает реверсивный счетчик 3 в нулевое состо ние, через формирователь 22 импульсов, элемент ИЛИ 14 и комг-гутатор 18 записывает в реверсивный счетчик 3 единицу, котора , потер лась при переходе реверсивного счетчика 3 через О, и формирует знаковый сигнал -. По окончании действи  второго импульса в реверсивном счетчике 3 записываетс  число + т,, пропорциональное углу закрутки упругого вала и его частоте совращени , Отрицательньй фронт второго импульса датчика 1 преобразуетс  формирователем 20 импульсов в узкий импульс, который через элемент ИЛИ 15 устанавливает реверсивный счетчик 3 в нулевое состо ние и через элемент ИЛИ 16 устанавливает коммутатор 18 в режим Сложение.subtraction mode. If time tt, then when the reversing counter 3 goes through the zero state, a signal is generated at its output that overturns the trigger 23. The signal from the output of the trigger 23 through the OR 16 element switches the switch 18 to the Addition mode, through the OR 15 element sets the reversible counter 3 in the zero state, through the pulse shaper 22, the element OR 14 and the commutator 18 write into the reversible counter 3 a unit that, lost when the reversing counter 3 passes through O, and forms the sign signal -. Upon completion of the second pulse in the reversible counter 3, the number + t is recorded proportional to the twist angle of the elastic shaft and its frequency of rotation. The negative front of the second pulse of sensor 1 is converted by the shaper 20 pulses into a narrow pulse, which through the OR 15 element sets the reversible counter 3 to zero state and through the element OR 16 sets the switch 18 to the Addition mode.

. Третий импульс датчика 1 переводит кольцевой распределитель 17 в состо ние , при котором разрешающий уровень подаетс  на схему И 7. Одновременно импульс датчика 1 через элемент ИЛИ 13 в качестве разрешающего уровн  поступает на вход схемы И 9. Импульсы выбранной частоты счета с выхода коммутатора 19 через схему И 9, элемент ШТИ 14 и коммутатор 18 поступают на реверсивный счетчик 3. За врем  действи  третьего импульса датчика 1 в реверсивном счетчике 3 записываетс  число т, пропорциональное частоте СО вращени  вала. Отрицательный фронт третьего импульса датчика 1 в формирователе 21 преобразуетс  в узкий импульс, который устанавливает всю схему устройства в исходное состо ние. При этом цикл измерени  заканчиваетс , а по приходу следующего импульса датчика 1 начинаетс  новый цикл измерени .. The third pulse of sensor 1 transfers the ring distributor 17 to the state in which the enabling level is fed to the circuit 7. At the same time, the pulse of sensor 1 through the OR element 13 as the resolving level is fed to the input of the circuit 9. The pulses of the selected counting frequency from the output of the switch 19 through The circuit 9, the CTI element 14 and the switch 18 are fed to the reversible counter 3. During the third impulse of the sensor 1, the reversible counter 3 records the number t proportional to the frequency CO of the shaft rotation. The negative front of the third pulse of the sensor 1 in the imaging unit 21 is converted into a narrow pulse, which sets the entire circuit of the device to its initial state. In this case, the measurement cycle ends, and when the next pulse of sensor 1 arrives, a new measurement cycle begins.

При этом мощность Р на валу определ етс  из выражени The power P on the shaft is determined from the expression

Р С,- 2Р С, - 2

mtpmtp

-Ггде С, - коэффициент пропорциональ- - ности.-Where C, is the coefficient of proportionality.

Предлагаемое устройство позвол ет также измер ть передаваемый валом крут щий момент МThe proposed device also makes it possible to measure the torque transmitted by the shaft M

. М Cj. M cj

mcpmcp

mm

соwith

И частоту CJ вращени  вала 2 ir- foAnd the frequency of CJ shaft rotation 2 ir- fo

СОWITH

ш„. К . 2Г w „. To 2G

Claims (1)

где К - число меток на валу. Формула изобретени where K is the number of marks on the shaft. Invention Formula Устройство дл  измерени  мощности на валу, содержащее два импульсных датчика, св занных с метками, расположенными по концам упругого вала, реверсивный счетчик, генератор импульсов и подключенньш к нему делитель частоты,щесть схем И и два элемента ИЛИ, входы первого из которых подключены соответственно к первой и второй схем И, а первый вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу третьей схемы И, о т л и - чающе, ес  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены триггер, подключенный к выходу реверсивного счетчика, третий и четвертью элементы ИЛИ, кольцевой распределитель импульсов, выходы которого подключены соответственно к первым входам первой, второй и четвертой схем И, вторые входы которых подключены к первому импульсному датчику и к входу кольцевого распределител  импульсов , два коммутатора, выходы первого из которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, установочный вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, второй делитель частоты, выполненный в виде двоичного счетчика, старшие разр ды которого подключены к соответствующим управл ющим входам второго коммутатора , выход которого подключен к первому входу третьей схемы И, второй вход которой подключен к вьгходу первого элемента ИЛИ, и три формировател  импульсов, первый из которых включен между выходом первой схемы И и установочным входом второго делител  частоты, подключенным к первым входам третьего и четвертого элементов ИЛИ,вторые входы которых через второй формирователь импульсов подключены к выходу второй схемы И и .кA device for measuring shaft power, containing two pulse sensors associated with labels located at the ends of the elastic shaft, a reversible counter, a pulse generator and a frequency divider connected to it, a circuit of AND circuitry and two OR elements, the inputs of the first of which are connected respectively to the first and second circuits are AND, and the first input of the second element OR is connected to the output of the third circuit AND, which is, in fact, in order to improve accuracy, a trigger is connected to it, connected to the output of the reversible counter, the third and fourth OR elements, ring pulse distributor, the outputs of which are connected respectively to the first inputs of the first, second and fourth circuits AND, the second inputs of which are connected to the first pulse sensor and to the input of the ring pulse distributor, two switches, the outputs of the first of which are connected respectively to the summing and subtracting the inputs of the reversible counter, the setup input of which is connected to the output of the third element OR, the second frequency divider, made in the form of a binary counter, the higher bits of which They are connected to the corresponding control inputs of the second switch, the output of which is connected to the first input of the third AND circuit, the second input of which is connected to the input of the first OR element, and three pulse makers, the first of which is connected between the output of the first And circuit and the setting input of the second frequency divider connected to the first inputs of the third and fourth elements OR, the second inputs of which through the second pulse shaper are connected to the output of the second AND circuit. первому входу п той схемы И, к второму входу которой подключены второй импульсный датчик, а к выходу - один управл ющий вход первого коммутатора, другой управл ющий вход которого подключей к выходу четвертого элемента ИЛИ, при этом делитель частоты выполнен в виде двоичного счетчика, младшие разр ды которого подключены к соответствующим информационным входамthe first input of the fifth AND circuit, to the second input of which a second pulse sensor is connected, and to the output - one control input of the first switch, the other control input of which is connected to the output of the fourth OR element, while the frequency divider is in the form of a binary counter; bits of which are connected to the corresponding information inputs второго коммутатора, а старший разр д делител  частоты подключен к первому входу шестой схемы И, второй вход которой, подключен к выходу четвертой схемы И, а выход - к входуthe second switch, and the high-order bit of the frequency divider is connected to the first input of the sixth And circuit, the second input of which is connected to the output of the fourth And circuit, and the output to the input второго делител  частоты, установочный вход которого подключен также к установочному входу триггера, выход которого подключен к третьим входам третьего и 1етвертого элементов ИЛИThe second frequency divider, the setup input of which is also connected to the setup input of the trigger, the output of which is connected to the third inputs of the third and 1st fourth elements OR и через третий формирователь импульсов - к второму входу второго элемента ИЛИ.and through the third pulse shaper - to the second input of the second element OR. /7ус/г/ 7us / g Составитель А.Амаханов Редактор М.Петрова Техред А.Кравчук KoppвктopjЬJЬ лJШCompiled by A.Amakhanov Editor M.Petrova Tehred A.Kravchuk KoppвктопктЬЬЬЬJШ Заказ 5555/37 Тираж 776ПодписноеOrder 5555/37 Edition 776 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушска  наб. д.4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow Zh-35, Raushsk nab. 4/5 ПроизводственноProduction -полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4printing company, Uzhgorod, Projecto st., 4