SU1114902A1 - Датчик крут щего момента - Google Patents

Abstract

ДАТЧИК КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащий блок возбуждени  чувствительного элемента, емкостный дифференциальный чувствительный элемент, подключенный через усилитель к вхо дам информационного и подготовительного компараторов, пр мой выход последнего через один элемент И св зан с нулевым входом информационного триггера, и второй элемент И, причем возбуждающие пластины емкостного чувствительного элемента подключены к первому и второму выходам блока возбуждени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , он снабжен вспомогательным чувствительным элементом, схемой синхронизации и корректирующим блоком , содержащим триггер управлени  коррекцией, три двухвходовых элемента И и аналоговое запоминающее устройство , выход которого подключен к блоку возбуждени , а первый и второй входы аналогового запоминающего устройства соединены с соответствующими двухвходовыми элементами И, первые входы которых св заны с первым стробирующим выходом схемы синхронизации , тактирующий вход которого подключен к выходу вспомогательного чувствительного элемента, а вторые входы двухвходовых элементов И св заны соответственно с пр (/) мым и инверсным выходами триггера управлени  коррекцией, который через третий и второй двухвходовые элементы И .соединен с информацион- . ным компаратором, при этом третий и второй двухвходовые элементы И св заны с вторым тактирующим выходом схемы синхронизации, третий выход которой соединен с блоком возбуждени  емкостного чувствительного элемента, причем вспомогательный чувствительный элемент смещен относительно емкостного чувствительного элемента на угол - jr 2лг . f i-+ira, где 2 - число зубьев индуктора; ,1,2,...

Description

Изобретение относитс -к силойзмерительной технике и может быть испол зовано дл  измерени  фазовым методом крут щего момента на валу, соедин ющего привод и нагрузку. Известны схемы дифференциальных чувствительных элементов емкостного типа, защищенньгх от воздействи  возмущающих факторов путем охвата чувст вительных элементов емкостного типа отрицательной обратной св зью С11. Недостатком этих устройств  вл етс  невозможность обеспечени  измерени  при непрерывном вращении вала Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  датчик крут щего момента, содержащий блок возбуждени  чувствительного эле мента, емкостный дифференциальный чувствительный элемент, подключенный через усилитель к входам информационного и подготовительного.компараторов , пр мой выход последнего через один элемент И св зан с нулевым входом информационного триггера, и второй элемент И, причем возбуждающие пластины емкостного-чувствительного элемента подключены к первому и второму выходам блокавозбуждени  С21. Недостатком известного устройства  вл етс  его низка  точность, котора  вызвана зависимостью услови  срабатывани  датчика крут щего момента от возникающей в процессе эксплуатации нестабильности емкостей воздушных конденсаторов емкостного чувствительного элемента, их напр жений возбуждени  и параметров фазочувствительной схемы. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  датчика крут щего момента за счет уменьшени  погрешностей от нестабильности возбуждающих напр жений, изменени  емкости между электродами емкостного чувствительного элемента. Поставленна  цель достигаетс  тем, что датчик крут щего момента, содержащий блок возбуждени  чувствительного элемента, емкостный дифференциальньй чувствительный элемент, подключенный через усилитель к входам информационного и подготовительного компараторов, пр мой выход последнего через один элемент И св зан с нулевым входом инфор мационного триггера, и второй элемент И, причем возбуждающие пластины емкостного чувствительного элемента подключены к первому и второму выходам блока возбуждени , снабжен вспомогательным чувствительным элементом, схемой синхронизации и корректирующим блоком, содержащим триггер управлени  коррекцией, три двухвходовых элементаИ и аналоговое запомийающеё устройство, выход которого подключен к блоку возбуждени , а первый и второй входы аналогового запоминающего устройства соединены с соответствующими двухвходовыми элементами И, первые входы KoYopbK св заны с первым стробирующим выходом схемы синхронизации , тактирующий вход которой подключен к выходу вспомогательного чувствительного элемента, а вторые входы двухвходовьк элементов И св заны соответственно с пр мым и инверсным выходами триггера управлени  коррекцией , который через третий и второй двухвходовые элементы И соединен с информационным компаратором, при этом третий и второй двухвходовые элементы И св заны с вторым тактирующим выходом схемы синхронизации, третий выход которой соединен с блоком возбуждени  емкостного чувствительного элемента, причем вспомогательный чувствительный элемент смещен относительно емкостного чувствительного элемента (ЧЭС) на угол . . где Z - число зубьев индуктора; 1 О,1,,« На фиг. 1 приведена функциональйа  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временна  диаграмма работы основных узлов. Устройство содержит индуктор 1 с зубь ми, дифференциальный емкостный чувствительный элемент 2, блок 3 возбуждени  чувствительного элемента , усилитель 4, информационный компаратор 5 и подготавливающий компаратор 6, элементы И 7 и 8, информационный триггер 9, схему 10 синхронизации , корректирующий блок 11, включающий элементы И 12 - 14, аналоговое запоминающее устройство 15 и триггер 16 -управлени  коррекцией. В устройство входит также вспомогательный чувствительный элемент 17. В датчике крут шего момента имеетс  установленный на вращающемс  валу индуктор 1 с расположенными на нем с равным шагом зубь ми и взаимодействующие с зубь ми чувствительные элементы 2 и 17, выходы которых соедине . ны соответственно с входом усилител  4 и тактирующим входом схемы 10 синхронизации. Выход усилител  4 сое динен с входами компараторов 5 и 6. Пр мой и инверсный выходы компаратора: 5 св заны с первыми входами элементов И 7 и 14 соответственно, а выход компаратора 6 св зан с первым входом элемента И 8. Стробирующий выход схемы 10 синхронизации соединен с вторыми входами элементов И 7, 8 и 14. Выходы элементов И 7 и 14 соединены соответственно с единичным и нулевым установочными входами триг гера 16, единичный выход которого св зан с первым входом элемента И 12 и единичным установочным входом триг гера 9, а нулевой выход триггера 16 соединен с первым входом элемента И 13. Вторые входы элементов И 12 и 13 соединены с управл юищм выходом . схемы 10 синхронизации, а вькоды элементов И 12 и 13 соединены соответственно с вычитающим и суммирующим входами аналогового запоминающего устройства 15, выход которого соединен с первьм входом блока 3 воз буждени . Второй вход блока 3 соединен с выходом возбуждени  схемы 10 синхронизации. Первый и второй выходы блока 3 подключены соответственно к клеммам о. и б чувствительного элемента 2. Выход элемента И 8 соединен с нулевым установочным входом триггера 9, единичньй выход которого ; вл етс  выходом датчика крут щего момента. Повьпиение точности предлагаемого устройства основано на включении дифференциального емкостного чувстви тельного элемента и фазочувствительной схемы, обрабатывающей его выходной сигнал, в контур самонастраивающейс  системы. Система обеспечивает пошаговую отработку вли ни  возмущаю щих воздействий в интервалах между моментами вьщачи полезной информации Тактирование системы осуществл етс  сигналами вспомогательного чувствительного элемента 17. Устройство работает следующим образом. На первом и втором выходах блока возбуждени  создаютс  два разноппл р ных пр моугольных напр жени  и UBbOt2. «сдвинутых по фазе на половину периода. При этом сигнал на первом выходе блока 3 зависит от выходHoid сигнала Uoiiv блока 15: J|Bbixn Y i при ) } - ...v)l „р„ sincouO, ивЫ112 г J где и)- кругова  частота управл емого сигнала возбуждени - Sin (и t, подаваемого на второй вход блока 3 с выхода возбуждени  схемы 10 синхронизации; и, U2-некоторые посто нные напр жени  . На стробирующем выходе схемы 10 синхронизации создаютс  короткие положительнче импульсы, следующие с периодом ,. но задержанные относительно начала положительной полуволны сигнала Sinojt на интервал &t. Величина At выбираетс  из услови  Т . где U - суммарное врем  переходного процесса в чувствительном элементе 2, усилителе 4 и компараторах 5 и 6, вызванное сменой пол рности возбуждающих напр жений Ug,jj,y, Ugbiri При вращении вала зубь  индуктора 1 пересекают рабочие области чувствительного элемента 2 и вспомогательного чувствительного элемента 17 (например, индукционного типа). Поскольку последний смещен относительно элемента 2 по углу (фиг. 1) на .2l.i Е Z где -i 0,1,2,...; Z - число зубьев индуктора, сигналы с выходов элемента 17 и усилител  4 чередуютс  (фиг. 2 q и 2.) Порог срабатывани  компаратора 5 выбран нулевым, а дл  компаратора 6 смещен на величину Е (фиг. 2а) . При превышении мгновенным значением выходного сигнала усилител  4 (дл  моментов подачи стробирующего импульса на первом выходе схемы 10) величины Е выходно сигнал компаратора 6 достигает высокого уровн , вследствие чего через элемент И 8 на нулевой установочный вход тригге- . ра 9 поступает пачка импульсов (фиг. 2;), перевод  его в нулевое состо ние (фиг. 2е- ) , Конец пачки соответствует превьшению порога Е над мгновенным значением сигнала усилител  4 (в момент строба). 51 При прохождении зубом индуктора зоны А рабочей области элемента 2 мгновенные значени  сигнала на инверсном выходе компаратора 5 (дл  моментов подачи строба) имеют высокий уровень и через элемент И 14 на нулевой установочный вход триггера 16 поступают импульсы (с частотой возбуждени ), подтвержда  его нулево состо ние. При прохождении зубом центра рабочей области элемента 2(половина зуба находитс  в зоне А, половина в зоне Б) происходит переворот фазы выходного, сигнала элемента 2, измене ние знака мгновенного значени  сигна ла усилител  4, сигналы на основном выходе компаратора 5 достигают высокого уровн  и через элемент И 7 пере вод т триггер 16 в единичное состо ние , который переводит в единичное .состо ние информационный триггер 9. Положительный перепад на единичном выходе триггера 9  вл етс  инфоматив ным параметром выходного сигнала предлагаемого устройства. Положитель ный перепад возникает при равном накрытии зубом ин/(уктора 1 зон Л и В емкостного чувствительного элемента . При вращении вала вспомогательным чувствительным элементом 17 формируютс  сигналы, тактирующие работу схе мы синхронизации 10. При по влении тактирующего сигнала схемс 10 вьфабатывает на управл ющем выходе корот кие положительные импульсы, поступаю щие на вторые входы элементов И 12 и 13, в результате чего происходит опрос состо ни  триггера 16 в момент когда зубь  индуктора 1 наход тс  вне рабочей области чувствительного элемента 2. При единичном состо нии триггера 16 импульс управлени  поступает через элемент. И 12 на вычитающий вход блока 15, в противном случае - через элемент И 13 на суммирующий вход, что соответственно вызывает изменение вькодного напр же ни  блока 15 Vf(yf на шаг, равный 2 -ди или. +ди. После р да шагов величина ) измен етс  до значени , практически удовлетвор ющего условию .i+UA2. ) C/i-Ue.C5 УПОР /,ч С7+С2 К где Urtop. напр жение опрокидырани  триггера 16. Величина шага uU выбираетс  из требовани  необходимой точности датчика крут щего момента. Предлагаема  схема представл ет собой дискретную след щую систему с посто нным шагом регулировани  aU, рабочим уравнением которой  вл етс  уравнение (4). Это уравнение (4) и условие информационного срабатывани  (вызванного по влением зуба в рабочей области элемента 2) отличаютс  значени ми емкостей конденсаторов вместо С., и Сл Дл  уравнени  (4), в частности, ,3,1, так как зуб в момент подачи тактирующего импульса находитс  вне рабочей области чувствительного элемента 2 (N,1 И Ng - коэффициенты, учитывающие уменьшение емкостей воздушных конденсаторов чувствительного элемента 2 при прохождении над ними зуба . индуктора). Таким образом, введение в предлагаемый датчик крут щего момента вспомогательного чувствительного элемента , корректирующего блока, соответствующих логических схем и св зей между ними обеспечивает уменьшение погрешностей от нестабильности возбуждающих напр жений изменени  емкости между электродами ЧЭС, а также параметров фазочувствительной схемы. обрабатьшаюдей выходной сигнал ЧЭС, в результате чего повьш1аетс  точность датчика крут щего момента. В результате повышаетс  достоверность информации о величине крут щего момента, передаваемого силовым валом, что позвол ет более эффективно решать задачи технической диагностики силовых установок, оптимизации их режимов .

Зона A SOffffS n Ъ V вых Д-т tfSbita

в

Шьп7

IIIIIIHI ,

N . ЗонаА Зfffl S «/1//7W I I , H h /-4K- i . y j « 1 ж

UtbtKir

3 (вых 11

USbixS

фиъ.2

Claims (1)

1. ДАТЧИК КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащий блок возбуждения чувствительного элемента, емкостный дифференциальный чувствительный элемент, подключенный через усилитель к входам информационного и подготовительного компараторов, прямой выход последнего через один элемент И связан с нулевым входом информационного триггера, и второй элемент И, причем возбуждающие пластины емкостного чувствительного элемента подключены к первому и второму выходам блока возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен вспомогатель ным чувствительным элементом, схемой синхронизации и корректирующим блоком, содержащим триггер управления коррекцией, три двухвходовых элемента И и аналоговое запоминающее устройство, выход которого подключен к бл'оку возбуждения, а первый и второй входы аналогового запоминающего устройства соединены с соответствующими двухвходовыми элементами И, первые входы которых связаны с первым стробирующим выходом схемы синхронизации, тактирующий вход которого подключен к выходу вспомогатель ного чувствительного элемента, а вторые входы двухвходовых элементов И связаны соответственно с прямым и инверсным выходами триггера управления коррекцией, который через третий и второй двухвходовые элементы И .соединен с информационным компаратором, при этом третий и второй двухвходовые элементы И связаны с вторым тактирующим выходом схемы синхронизации, третий ₍выход которой соединен с блоком .

   возбуждения емкостного чувствительного элемента, причем вспомогательный чувствительный элемент смещен относительно емкостного чувствительного элемента на угол