Цифровой измеритель мощности на валу

Цифровой измеритель мощности на валу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

о-исследовательский н проектно-конструкторский институт автоматизированных систем управления транспортом газа (5 4 ) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА ВАЛУ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения мощности, передаваемой вращающимися валами.

Известен цифровой измеритель мощности, содержащий фазовый измеритель деформации, блок синхронизации и схему управления, связанные посредством элементов И со входами счетчика измерения деформации, и устройства возведения в квадрат, выходы которых через свои анализаторы нуля соединены с соответствующими командными входами схемы управления (Ц .

Однако такой измеритель мощности не обеспечивает требуемой точности измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой измеритель мощности на валу, содержащий фазовый измеритель деформации, блок синхронизации, схему управления, счетчики деформации, угловой скорости и результата измерения, связанные через. свои анализаторы нуля с соответствующими командными входами схемы управления, логические схемы И и ИЛИ, посредством которых вычитающий вход счетчика деформации и входы счетчиков результата измерения и угловой скорости соединены с соответствующими режимными выходами схемы управления и выходами блока синхронизации, и входной блок счетчика деформации и с элементами И, первые и вторые входы которых связаны соответственно с блоком синхронизации и соответствующим режимным выходом схе10 мы управления (2).

Недостатком известного измерителя является низкая точность измерения, обусловленная влиянием нестабильности скорости вращения вала s процессе измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения. указанная цель достигается эа счет того, что во входной блок счЕтчика. деформации введены делители на три, триггер и два элемента ИЛИ, при этом вход триггера связан через делитель с измерителем деформации, первый разрядный выход делителя соединен с управляющим входом схемы управления и третьими входами первого и третьего элементов И, второй разрядный выход — с третьими. входами второго и четвертого элементов И, а единичный и нулевой выходы триггера связаны соответственно с четвер901860 т ми входами первого, четвертого и второго, третьего элементов И, при— чем выходы первого, второго и третьего, четвертого элементов И сое-динены через соответствующие элементы ИЛИ с суммирующим и вычитающим входами счетчика деформации.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого измерителя; на фиг.2 — временная диаграмма работы основных узлов измерителя. )О

Цифровой измеритель мощности на валу содержит фазовый измеритель 1 деформации, индукторы 2 и 3, чувствительный элемент 4, формирователь 5 импульсов, высокочастотный кварцевый (5 задающий генератор 6, делитель 7 частоты, схему 8 управления, входной блок 9 счетчика деформации, делитель 10 на три, триггер 11, элементы И 12 — 15, логические схемы . И

16 — 18, элементы ИЛИ 19 и 20, логические схемы ИЛИ 21 и 22, реверсивный счетчик 23 деформации» счетчик 24 результата измерения, счетчик 25 угловой скорости, регистр 26 и анализаторы 27 — 29 нуля.

Фазовый измеритель деформации 1 содержит размещенные на валу индукторы 2 и 3, чувствительный элемент 4, выход которого соединен со входом формирователя 5 импульсов.,Одни Tîð 30 цы цилиндрических индукторов 2 и 3 жестко закреплены в контрольных сечениях вала, а другие снабжены дисками с зубьями и пазами и опираются на подшипники. Зубья одного индуктора 35 расположены в пазах другого с периметрическим зазором и поочередно взаимодействуют с чувствительным элементом 4. Выход формирователя 5 импульсов связан с первым входом схе- 40 мы И 18 и со входом делителя 10 на три, входящего в состав входного блока 9 счетчика деформации, куда входят также триггер 11, элементы

И 12 — 15, элементы ИЛИ 19.и 20. Вы- 45 ход делителя 10 связан со счетным входом триггера 11, единичный и нулевой выходы которого соединены с четвертыми входами. соответственно элементов И 12 — 15 и элементов И

13 и 14. Первый и второй разрядные выходы делителя 10 соединены с третьими входами соответственно элементов И 12 и 14 и элементов И 13 и 15, причем первый разрядный выход делителя 10 связан также с управляющим входом схемы 8 управления, первый режимный выход которой подключен ко вторым входам элементов И 12 — 15, к первому входу схемы И 17 и ко второму входу схемы И 18. Второй режимный выход схемы 8 управления соединен с первым входом схемы И 16. Выход задающего генератора 6 связан с первыми входами элементов И 12 — 15» со вторым входом схемы И 17, с синх- 65 ронизирующим входом схемы 8 управления и через делитель 7 частоты — co вторым входом схемы И 16. Выходы элементов И 12 и 13, а также элементов И 14 и 15 и логической схемы И

16 соответственно через элементы

ИЛИ 19 и 20 подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 23 деформации, выход которого через анализатор 27 нуля связан с первым командным входом схемы 8 управления. Выход схемы И 17 и информационный выход схемы 8 управления через схему ИЛИ 21 подключены ко входу счетчика 24 результата, выход которого через анализатор 28 нуля связан со вторым командным входом схемы 8 управления, первый и второй командные выходы которой соединены соответственно со входом переписи информации из счетчика 24 в регистр

26 и со входом переписи информации из регистра 26 в счетчик 25. Разрядные выходы счетчика 24 через регистр

26 связаны с разряднымн входами счетчика 25. Выход схемы И 18 И такти рующий выход схемы 8 управления через схему ИЛИ 22 подключены ко входу счетчика 25, выход которого через анализатор 29 нуля связан с третьим командным входом схемы 8 управления (цепи начальной. установки счетчиков

23 — 25 не показаны).

Принцип снижения погрешности измерения, положенный в .основу измерителя, заключается в том, что процесс обработки информации об угле скручивания вала (вычисление разности временных интервалов, сформированных при прохождении под чувствительным элементом двух соседних пар зубьев индукторов) реализован по алгоритму, при котором формируемые фазовым измерителем 1 деформации интервалы времени разбиваются на триады (o(, з) (" («Р (фиг.2), а результат вычисляется суммированием следующих разностей (с(, — с(ь) +(I) - 3,)+...

Измеритель.,работает следующим образом.

При вращении вала зубья индукторов 2 и 3 взаимодействуют поочередно с чувствительным элементом 4 (например, катушкой индуктивности с сердечником из постоянного магнита).

Временной сдвиг между соседними импульсами на выходе формирователя 5 пропорционален геометрическому углу сдвига между соответствующими зубьями индукторов (фиг.2а). Начальная установка индукторов 2 и 3 на валу выполняется так, что при всех воз .. можных значениях крутящего момента

М, удовлетворяется условие (аС 7 < ), (оС >p ) и т.д. При наличии М„р и возникновении угла скручивания вала, взаимное расположение индукторов 2

9оrя60

40 и 3 меняется и происходит «тноситель ное смещение импульсов, генерируемых одним и вторым индуктором. При этом изменение разности (<< — aCz) однозначно характеризует величину угла скручивания (деформацию) вала.

Импульсы с выхода чувствительного элемента 4 через формирователь 5 поступают на вход делителя 10 на три, на первом (фиг.2б) и втором (фиг.2в) разрядных выходах которого формируют- 10 ся сигналы состояния. Так как счетный выход делителя 10 связан со счетным входом триггера 11, то состояние триггера 11 (фиг.2г — единичный вы-ход, фиг.2д - нулевой выход) меняется через каждый три импульса, поступающих от фазового измерителя 1 деформации.

Процесс определения мощности измерителем состоит из двух режимов; измерение и вычисление. В режиме 20 Измерение в счетчике 23 определяется величина, пропорциональная М„р, а с помощью счетчиков 24, 25 и ре гистра 26 определяется величина, пропорциональная скорости вращения вала. 25

Входным блоком 9 счетчика деформации обеспечивается реализация вы-шеуказанного алгоритма измерения М„ .

В режиме Измерение на первом режимном выходе схемы 8 управления фор- )() мируется разрешающий-потенциал (синхронизированный сигналом, поступавшим на управляющий вход схемы 8 управления с первого разрядного выхода делителя 10 на три), котоРый постУпает на вторые входы элементов И

12 — 15.На первые входы укаэанных элементов поступают импульсы от.задающего генератора 6 с периодом следования Т .В зависимости от состояния и триггера 11 и разрешающих сигналов на 4О первом и втором разрядных выходах делителя 10 импульсы от задающего гене— ратора 6 поступают то на суммирующий, то на вычитающий входы счетчика 23, причем каждый третий интервал времени не используется для счета. В интервалах времени аС и В< импульсы опорной частоты поступают на суммирующий вход (фиг.2е), а в интервалах < и Ь вЂ” на вычитающий вход (фиг.2ж) 50 .счетчика 23. Начальная установка счетчика 23 соответствует дополнительному значению кода (6»- А ) при

М О, что является условным нулем отсчета. При наличии Мкр 44 увеличи 55 вается, а < уменьшается и разность (oi. А ) характеризует реальную величкйу М« (деформацию вала). Таким образом, в режиме Измерение счетчиком 23 регистрируется число пропорциональное М р

ICP У где К вЂ” коэффициент пропорциональности, Одновременно с этим в режиме Измерение,определяется велкч- 65 чина, пропорциональная скорости вращения вала. Импульсы с выхода формирователя 5, частота следования которых пропорциональная скорости вращения вала, поступают через схему И 18 (на втором входе которой имеется разрешаюший потенциал от первого режимного выхода схемы 8 управления) и через схему ИЛИ 22 на вход счетчика 25. ;Начальной установкой счетчика 25 его емкость выбирается такой, чтобы интервал времени его работы (до обнуления) был меньше времени всего режима измерения. При обнулении счетчика 25 через анализатор 29 нуля поступает сигнал на третий командный вход схемы 8 управления, на первом командном выходе которой формируется импульс, осушествляющий перепись- информации из счетчика 24 в регистр 26. К этому моменту в счетчике 24 содержится код текущего времени, регистрируемого импульсами опорной частоты с выхода задающего генератора 6 через схему И 17 (на первом входе которой имеется разрешающий потенциал от первого режимного .выхода схемы 8 управления) и через схему ИЛИ 21. Полученный таким образом в регистре 26 код обратно пропорционален скорости вращения вала. где К вЂ” коэффициент пропорциональности

Сигнал на окончание режима Измерение поступает при переполнении счетчика 24 через анализатор 28 нуля на .второй командный вход схемы 8 yn". равления. Этот сигнал не .синхронизирован с входными импульсами формирователя 5 и для исключения низкочастотной составляющей погрешности схемой 8 управления осуществляется уд» линение режима Измерение ™, который заканчивается при поступлении очередного сигнала на управляющий вход схемы ..8 управления с первого разрядного выхода делителя 10 на три,, обеспечивая отсчет целого числа триад. В этот момент осуществляется переход к режиму Вычисление, в котором реализуется подсчет в счетчике 24 результата числа импульсов, период следования которых обратно пропорционален угловой скорости И, за интервал времени, пропорциональный крутящему моменту М,р .

В режиме Вычисление разрешающий потенциал переключается с первого на второй режимный выход схемы 8 управления, В этом случае осуществляется подача на вычитающий вход счетчика 23 через схему И 16 и элемент ИЛИ 20 импульсов с выхода делителя 7 частоты с периодом следования

К Т „ (Кз — коэффициент деления де1

901860 лителя 7). Длительность режима Вы-. числение определяется формируемым счетчиком 23 интервала времени, равным и К Тц, . Одновременно с помощью формйруемых схемой 8 управления сигналов реализуются циклические действия, заключающиеся в том, что число и иэ регистра 26 по сигналу со ф. второго командного выхода схемы 8 управления пересылается в счетчик 25, на вход которого с тактирующего выхода схемы 8 управления через схему

ИЛИ 22 подается серия импульсов опор-. ной частоты с периодом Т« . Отсчитав интервал времени и„ Т „, счетчик 25 обнуляется и с выхода анализатора 29 нуля на третий командный вход схемы

8 управления поступит сигнал, по которому на информационном выходе схемы 8 управления формируется импульс, поступающий через схему ИЛИ 21 на счетный вход счетчика 24 результата..

Одновременно с этим, пересылкой чис.ла п из регистра 26 в счетчик 25, начийается следующий цикл, и описанные действия циклически повторяются.

Таким образом, на вход счетчика 24 результата поступают импульсы с периодом и Т,„ в течение времени, равного и К, Т„. Режим Вычисление завершается при поступлении на первый командный вход схемы 8 управления сигнала с выхода анализатора 27 нуля, свидетельствующего об обнулении счетчика 23. В результате этого число импульсов, зафиксированное счетчиком 24 результата, будет равно к з тсч к 3 " " з

К

Так как мощность Й, передаваемая валом, равна произ ведению М „(O, то полученный,н счетчике 24 код будет пропорционален измеряемой мощ— ности

Использование во входном блоке счетчика деформации делителя на три, триггера и двух элементов ИЛИ повышает точность измерения мощности при, нестабильности скорости вращения ва- ла.

Формула изобретения

Цифровой измеритель мощности на валу, содержащий фазовый измеритель деформации, блок синхронизации, схе5 .му управления, счетчики деформации, угловой скорости и результата из мерения, связанные через свои анализаторы нуля с соответствующими командными входами схемы управления, 0 логические схемы И и ИЛИ, посредством которых вычитающий вход счетчика деформации и входы счетчиков результата измерения и угловой скорости соединены с соответствующими ре жимными выходами схемы управления и выходами блока синхронизации, и входной блок счетчика деформации с элементами И, первые и вторые входы которых связаны соответственно с блоком синхронизации и соответствующим

26 режимным выходом схемы управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, во входной блок счетчика деформацни введены делитель на три, триггер и

Q$ два элемента ИЛИ, при этом вход триггера. связан через делитель с из,мерителем деформации, первый разрядный выход делителя соединен с управляющим входом схемы управления и треgg тьими входами первого и третьего элементов И, второй разрядный выход — с третьими входами второго и четвертого элементов И, а единичный и нулевой выходы триггера связаны соответственно с четвертыми входами первого, четвертого и второго„ третьего элементов И, причем выходы первого, второго и третьего, четвертого элементов И соединены через соответствующие элементы ИЛИ с суммирующим и вычитающим входами счетчика деформации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 690339, кл. G 01 Х 3/24, 21.09.77.

2. Авторское свидетельство СССР

9 667733887744, кл. 6 01 Ь 3/24, 19,05.77 {прототип).

Составитель Г.Целибеев

Редактор Е.Дичинская Техред А. Савка Корректор О.Билак

Заказ 123б4/51 Тираж 882 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раусаская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4