SU823905A1 - Device for measuring torque of rotating shafts - Google Patents

Description

Изобретение относится к силоизмерительной технике.The invention relates to a load measuring technique.

Известное устройство для измерения механических напряжений, содержащее генератор прямоугольных импульсов, магнитоупругий датчик дроссельного типа и схему измерения постоянной времени электрической цепи датчика’ [1] .A known device for measuring mechanical stresses containing a rectangular pulse generator, a magnetoelastic throttle type sensor and a circuit for measuring the time constant of the sensor’s electrical circuit ’[1].

Однако известное устройство не обеспечивает требуемой точности из- . мерения.However, the known device does not provide the required accuracy of. measurements.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения крутящего момента на вращающихся валах, содержащее блок магнитоупругих преобразователей, вход которого связан с Генератором ймпульсов, а выход - с измерительной схемой (2J.The closest in technical essence to the proposed one is a device for measuring torque on rotating shafts, containing a block of magnetoelastic transducers, the input of which is connected to the Pulse Generator, and the output to a measuring circuit (2J.

Недостатком известного устройства также является низкая точность измерения из-за зависимости выходного сигнала устройства от скорости вращения вала.A disadvantage of the known device is also the low accuracy of the measurement due to the dependence of the output signal of the device on the speed of rotation of the shaft.

Влияние скоростного эффекта определяется коэффициентом (У , пропорциональным отношению скорости среда к фазовой скорости электромагнитной волны в этой среде. Влияние скорост- 30 ного эффекта отсутствует при cf S· 1. При измерении крутящего момента с помощью такого устройства генератор вырабатывает импульсы напряжения пря5 моугольной формы и в движущейся среде распространяется электромагнитное поле, спектральная плотность которого сосредоточена в области низких частот. При этом для большей части 'θ спектра условие 1 не выполняется, что и является причиной влияния скорости вращения вала на результат измерения.The influence of the velocity effect is determined by the coefficient (V proportional to the ratio of the velocity of the medium to the phase velocity of the electromagnetic wave in this medium. The influence of the velocity effect is absent at cf S · 1. When measuring torque using such a device, the generator generates rectangular voltage pulses and an electromagnetic field propagates in a moving medium, the spectral density of which is concentrated in the low-frequency region, while for the most part of the θ spectrum, condition 1 does not hold, which wish to set up the cause of the influence of the rotational speed of the shaft on the measurement result.

Цель«изобретения - повышение точности измерения за счет устранения влияния скорости вращения вала.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measurements by eliminating the influence of the speed of rotation of the shaft.

Указанная цель достигается тем, что генератор импульсов выполнен в 20 виде последовательно соединенных формирователя импульса запуска и формирователя опросного импульса, а измерительная схема - в виде последовательно соединенных ограничителя амплитуда, схемы памяти, связанной с выходом формирователя импульса сброса, и регистратора, причем вход формирователя импульса сброса соединен с формирователем' импульса запуска генератора импульсов.This goal is achieved by the fact that the pulse generator is made in 20 in the form of series-connected start-up pulse shaper and interrogation pulse shaper, and the measuring circuit is in the form of series-connected amplitude limiters, memory circuits associated with the output of the reset pulse shaper, and the recorder, and the pulse shaper input a reset is connected to the pulse shaper of the start pulse generator.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функциональная схема генератора с магнитоупругими преобразователями;' на фиг.З -эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device; figure 2 is a functional diagram of a generator with magnetoelastic transducers; ' in Fig. 3-stress diagrams explaining the operation of the device.

Устройство для измерения крутящего момента на вращающихся валах (фиг.1 и 2) содержит генератор импульсов в виде последовательно соединенных формирователя 1 импульса запуска и форми-(0 рователя 2 опросного импульса, блок 3 магнитоупругих преобразователей,установленный около контролируемого вала 4, и измерительную схему в виде последовательно соединенных ограничителя 5 амплитуды, схемы b памяти и регистратора 7. Вход формирователя 8 импульса сброса измерительной схемы связан с формирователем 1 импульса запуска генератора импульсов, а выход со схемой 6 памяти. Вход ограничителя амплитуды соединен с выходом блока 3 магнитоупругих преобразователей,A device for measuring the torque on rotating shafts (Figs. 1 and 2) comprises a pulse generator in the form of series-connected shaper 1 of the start pulse and shaper (0 shaper 2 of the interrogation pulse, block 3 of magnetoelastic transducers mounted near the shaft 4 to be monitored, and a measuring circuit in the form of a series-connected amplitude limiter 5, a memory circuit b and a recorder 7. The input of the shaper 8 of the reset pulse of the measuring circuit is connected to the shaper 1 of the pulse of the start of the pulse generator, and the output memory circuit 6. The input of the amplitude limiter is connected to the output of block 3 of magnetoelastic transducers,

Формирователь 2 опросного импульса (фиг.2) состоит из разделительной емкости ¢1, резисторов R1, R2, транзистора Т1 в ключевом режиме, нагрузкой которого служит трансформатор Тр1, параллельно первичной обмотке которого включена емкость С2. Ко вторичной обмотке трансформатора подключена по 30 дифференциальной схеме обмотки Ь1 и L2 блока 3 магнитоупругих преобразователей .Shaper pulse generator 2 (figure 2) consists of a separation capacitance ¢ 1, resistors R1, R2, transistor T1 in key mode, the load of which is transformer Tr1, parallel to the primary winding of which capacitance C2 is connected. A transformer secondary winding is connected in accordance with a 30 differential circuit of winding L1 and L2 of unit 3 of magnetoelastic transducers.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Формирователь 1.импульса запуска вырабатывает короткие прямоугольные импульсы (фиг.З эпюра 1) с амплитудой достаточной для запуска высоковольтного каскада. Эти импульсы поступают на формирователь 2 опросного импульс?, представляющий собой высоковольтный каскад на транзисторе Т1 в ключевом режиме. С приходом импульса запуска транзистор Т1 открывается и в нагрузке его возникает переходный процесс, носящий вид затухающих колебаний. Элементы С2, Tpl, LI, L2 выбраны так, чтобы частота колебаний удовлетворяла условию f>&£,Shaper 1. start pulse generates short rectangular pulses (Fig. 3 plot 1) with an amplitude sufficient to start the high-voltage cascade. These pulses are fed to the shaper 2 of the interrogation pulse?, Which is a high-voltage cascade on transistor T1 in key mode. With the arrival of the trigger pulse, the transistor T1 opens and a transient occurs in its load, which looks like damped oscillations. The elements C2, Tpl, LI, L2 are chosen so that the oscillation frequency satisfies the condition f> & £,

2ίϊ2ίϊ

- частота затухающих колебаний ;- frequency of damped oscillations;

- магнитная проницаемость и электропроводность материала вала;- magnetic permeability and electrical conductivity of the shaft material;

- линейная скорость поверхности вала.- linear velocity of the shaft surface.

образом, на блок магнитоупгде f (I)thus, to the magneto block where f (I)

Таким ругих преобразователей подается импульс с частотой заполнения, при этом в движущейся среде распространяется электромагнитное поле;спектральная плотность которого сосредоточена в области частот +Шо · Выбор частоты заполнения из условия (1) позволяет исключить влияние скорости вращения'вала, так как в этом случае коэффициент о « 1.An impulse with a filling frequency is supplied to such other converters, while an electromagnetic field propagates in a moving medium; the spectral density of which is concentrated in the frequency range + W0. The choice of the filling frequency from condition (1) eliminates the influence of the rotational speed, because in this case the coefficient about "1.

Разностной сигнал, образующийся ; на резисторе Р2,также представляет собой колебательный процесс с той же ^частотой (фиг.З эпюра 2).Difference signal generated; on the resistor P2, also represents an oscillatory process with the same frequency (Fig. 3 diagram 2).

Сигнал с дифференциальной схемы подается на ограничитель амплитуды 5 I снизу. Амплитуда ограниченного сигнала (фиг.З эпюра 3), несущая информацию о крутящем моменте, запоминается схемой 6 памяти (фиг.З эпюра 4) и регистрируется регистрирующим уст, ройством 7.The signal from the differential circuit is fed to the amplitude limiter 5 I from below. The amplitude of the limited signal (FIG. 3 diagram 3), which carries information about the torque, is stored by the memory circuit 6 (FIG. 3 diagram 4) and is recorded by the recording device, device 7.

¹ Для перевода схемы памяти в исходное состояние служит формирователь. ¹ The shaper is used to translate the memory circuit into its initial state.

импульса сброса, работой которого управляет формирователь 1 импульса» запуска. Формирователь « вырабаты• вает импульсы (фиг.З эпюра 5), совпадающие по времени с импульсами запуска.the reset pulse, the operation of which is controlled by the driver 1 pulse "start. The shaper “generates pulses • (Fig. 3 diagram 5), which coincide in time with the start pulses.

Использование в устройстве генератора импульсов, частота заполнения ; которых выбрана из условия (1), а также ограничителя амплитуды, схемы памяти и формирователя импульса сброса в измерительной схеме позволяет исключить влияние скорости вращения I вала на результат измерения и, следовательно, повысить точность измерений.The use of a pulse generator in the device, the frequency of filling; which is selected from condition (1), as well as the amplitude limiter, memory circuit, and reset pulse shaper in the measuring circuit, eliminates the influence of the I shaft rotation speed on the measurement result and, therefore, improves the measurement accuracy.

!5!5

Claims (2)

Изобретение относитс  к силоизмерительной технике. Известное устройство дл  измерени  механических напр жений, содержа щее генератор пр моугольных импульсов , магнитоупругий датчик дроссельного типа и схему измерени  посто нной времени электрической цепи датчи ка 1 . Однако известное устройство не обеспечивает требуемой точности измерени . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  крут щего момента на вращающихс  валах, содержащее блок магнитоупругих преобразователей , вход которого св зан с Генератором импульсов, а выход - с измерительной схемой (21. Недостатком известного устройства также  вл етс  низка  точность измерени  из-за зависимости выходного сигнала устройства от скорости вращени  всша. Вли ние скоростного эффекта опре дел етс  коэффициентом d , пропорци нальным отношению скорости среды к фазовой скорости электромагнитной волны в этой среде. Вли ние скорост ного эффекта отсутствует при сГ S 1. При измерении крут щего момента с помощью такого устройства генератор вырабатывает импульсы напр жени  пр моугольной формы и в движущейс  среде распростран етс  электромагнитное поле, спектральна  плотность которого сосредоточена в области низких частот. При этом дл  большей части спектра условие d - 1 не выполн етс , что и  вл етс  причиной вли ни  скорости вращени  вала на результат измерени . Цельлизобретени  - повышение точности измерени  за счет устранени  вли ни  скорости вращени  вёша. Указанна  цель достигаетс  тем, что генератор импульсов выполнен в виде последовательно соединенных формировател  импульса запуска и формировател  опросного импульса, а измерительна  схема - в виде последовательно соединенных ограничител  амплитуда, схемы пам ти, св занной с выходом формировател  импульса сброса, и регистратора, причем вход формировател  импульса сброса соединен с формирователем импульса запуска генератора импульсов. На фиг.1 изображена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функциональна  схема генераTOiJa с магнитоупругими преобразовател ми; на фиг.З - эпюры напр жений, по сн ющие работу устройства. Устройство дл  измерени  крут щего момента на вращающихс  валах (фиг.1 и 2) содержит генератор импульсов в виде последовательно соединенных фор мировател  1 импульса запуска и форм ровател  2 опросного импульса, блок 3 магнитоупругих преобразователей,ус тановленный около контролируемого ва ла 4, и измерительную схему в виде последовательно соединенных ограничител  5 амплитуды, схемы b пам ти и регистратора 7. Вход формировател  8 импульса сброса измерительной схемы св зан с формирователем 1 импульса з пуска генератора импульсов, а выход со схемой 6 пам ти. Вход ограничител  амплитуды соединен с выходом бло ка 3 магнитоупругих преобразователей f. Формирователь 2 опросного импульс ( фиг.2) состоит из разделительной ем кости Cl/ резисторов R1, R2, транзистора Т1 в ключевом режиме, нагрузкой которого служит трансформатор Тр1, параллельно первичной обмотке которо го включена емкость С2. Ко вторичной обмотке трансформатора подключена по дифференциальной схеме обмотки 1/1 и L2 блока 3 магнитоупругих преобразователей . Устройство работает следующим образом . Формирователь 1.импульса запуска вырабатывает короткие пр моугольные импульсы (фиг.З эпюра 1) с амплитудой достаточной дл  запуска высоковольтного каскада. Эти импульсы поступают на формирователь 2 опросного импульс, представл ющий собой высоковольтный каскад на транзисторе Т1 в ключевом режиме. С приходом импульса запуска транзистор Т1 открываетс  и в нагрузке его возникает переходный процесс, нос щий вид затухающих колебаний. Элементы С2, Тр1, И, L2 выбраны так, чтобы частота колебаний удовлетвор ла условию , (1) где f - частота затухающих колебаний; Л, - магнитна  проницаемость и электропроводность ма . териала вала; V - линейна  скорость поверхности вала. Таким образом на блок магнитоупругих преобразователей подаетс  импульс с частотой заполнени  (Уо Ill; f при этом в движущейс  среде распростран етс  электромагнитное поле спектральна  плотность которого сосредоточена в области частот + Ше Выбор частоты заполнени  из услови  (1) позвол ет исключить вли ние скорости . вращени вала так как в этом случае коэффициент О 1. Разностной сигнал, образующийс  на резисторе Р2,также представл ет .собой колебательный процесс с той же (частотой (фиг.З эпюра 2). Сигнал с дифференциальной схемы подаетс  на ограничитель амплитуды 5 снизу. Амплитуда ограниченного сигнала (фиг.З эпюра 3), несуща  информацию о крут щем моменте, запоми аетс  схемой б пам ти (фиг.З эпюра 4) и регистрируетс  регистрирующим устройством 7. Дл  перевода схемы пам ти в исходное состо ние служит формирователь 8 импульса сбросй, которого управл ет формирователь 1 импульсаi запуска. Формирователь tt вырабатывает импульсы (фиг.З эпюра 5), совпадающие по времени с импульсами запуска . Использование в устройстве генератора импульсов, частота заполнени  которых выбрана из услови  (1), а также ограничител  амплитуды, схемы пам ти и формировател  импульса сброса в измерительной схеме позвол ет исключить вли ние скорости вращени  Всша на результат измерени  и, следовательно , повысить точность измеррний . Формула изобретени  Устройство дл  измерени  крут щего момента на вращающихс  валах, содержащее блок магнитоупругих преобразователей , вход которого св зан с генератором импульсов, а выход - с измерительной схемой, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  за счет устранени  вли ни  скорости вращени  вала, генератор импульсов выполнен в виде последовательно соединенных формировател  импульса запуска и формировател  опросного импульса, а измерительна  схема - в виде последовательно соединенных ограничител  амплитуды , схемы пам ти, св занной с выходом формировател  импульса сброса, и регистратора, причем вход формировател  импульса сброса соединен с формирователем импульса запуска генератора импульсов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР . 367231, кл. G 01 L 1/12, 20.04.70. This invention relates to load measuring technique. A known device for measuring mechanical stresses, comprising a generator of rectangular pulses, a throttle type magnetoelastic sensor and a circuit for measuring the time constant of the electric circuit of sensor 1. However, the known device does not provide the required measurement accuracy. The closest in technical essence to the present invention is a device for measuring torque on rotating shafts, which contains a block of magnetoelastic transducers, the input of which is connected to a pulse generator, and the output to a measuring circuit (21. A disadvantage of the known device is also low measurement accuracy due to the dependence of the output signal of the device on the rotational speed of the whole. The effect of the velocity effect is absent when SG S 1. When measuring torque using such a device, the generator produces square-shaped voltage pulses and the electromagnetic field in a moving medium propagates an electromagnetic field For most of the spectrum, condition d - 1 is not fulfilled, which is the reason for the influence of the shaft rotation speed on the measurement result. Purpose of the invention is to increase the measurement accuracy by eliminating the influence of the rotation speed of the pile. This goal is achieved by the fact that the pulse generator is made in the form of a serially connected start pulse generator and a polling pulse generator, and the measuring circuit is in the form of a serially connected limiter amplitude, a memory circuit connected to the output pulse reset generator, and the recorder input pulse reset connected to the driver pulse start pulse generator. Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device; Fig. 2 is a functional diagram of a TOIJa generator with magnetoelastic converters; Fig. 3 shows voltage plots explaining the operation of the device. A device for measuring the torque on rotating shafts (Figures 1 and 2) contains a pulse generator in the form of serially connected trigger generator 1 and a pulse generator Shaper 2, a unit 3 of magnetoelastic transducers installed near the controlled shaft 4, and measuring a circuit in the form of a series-connected amplitude limiter 5, a memory circuit b and a recorder 7. The input of the generator 8 of the reset pulse of the measuring circuit is connected to the driver 1 of the pulse starting pulse generator, and the output from hema 6 memory. The amplitude limiter input is connected to the output of block 3 of magnetoelastic transducers f. The shaper 2 of the interrogation pulse (Fig. 2) consists of the separating capacitance Cl / resistors R1, R2, the transistor T1 in the key mode, the load of which is the transformer Tr1, parallel to the primary winding of which the capacitance C2 is turned on. To the secondary winding of the transformer is connected in a differential circuit winding 1/1 and L2 of the unit 3 of magnetoelastic converters. The device works as follows. The shaper of the 1.start impulse produces short square-wave pulses (Fig. 3 plot 1) with an amplitude sufficient to trigger the high-voltage cascade. These pulses are fed to the driver 2 of the interrogation pulse, which is a high-voltage cascade on the T1 transistor in key mode. With the arrival of the startup pulse, the T1 transistor opens and a transient appears in the load, bearing the form of damped oscillations. The elements C2, Tr1, And, L2 are chosen so that the oscillation frequency satisfies the condition, (1) where f is the frequency of damped oscillations; L - magnetic permeability and electrical conductivity ma. shaft shaft; V - linear velocity of the shaft surface. Thus, a pulse with a filling frequency is applied to the magnetoelastic transducer block (Wo, Ill; f, in this case, an electromagnetic field propagates in a moving medium whose spectral density is concentrated in the frequency range + 3) The selection of the filling frequency from (1) eliminates the effect of speed. in this case, the O factor is 1. The difference signal formed on the resistor P2 also represents an oscillation process with the same (frequency (Fig. 3 plot 2). The signal from the differential circuit is fed to the amplitude limiter 5 below. The amplitude of the limited signal (Fig. 3 plot 3), carrying information about the torque, is remembered by the memory circuit b (Fig. 3 plot 4) and recorded by the recording device 7. To convert the memory circuit to its original state The unit serves as a reset pulse shaper 8, which is controlled by the trigger pulse shaper 1. The shaper tt generates pulses (Fig. 3 plot 5) that coincide in time with the trigger pulses. The use of a pulse generator in the device, the filling frequency of which is chosen from the condition (1), as well as the amplitude limiter, the memory circuit and the shaper of the reset pulse in the measuring circuit, eliminates the effect of the rotational speed on the measurement result and, therefore, improves the measurement accuracy. Apparatus for measuring torque on rotating shafts, comprising a unit of magnetoelastic transducers, the input of which is connected to a pulse generator, and the output is connected to a measuring circuit, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy by eliminating the influence of the speed of rotation of the shaft , the pulse generator is made in the form of serially connected trigger pulse generator and interrogation pulse former, and the measuring circuit is in the form of serially connected amplitude limiter beats, memory circuits associated with the output of the reset pulse shaper, and a recorder, the input of the reset pulse shaper connected to the shaper of the pulse generator start pulse. Sources of information taken into account in the examination 1. The author's certificate of the USSR. 367231, cl. G 01 L 1/12, 04/20/70. 2.Авторское свидетельство СССР 626371, кл. G 01 L 3/10, 05.11.76 (прототип).2. Authors certificate of the USSR 626371, cl. G 01 L 3/10, 05.11.76 (prototype). 4four