Безконтактний вимірювач крутного моменту і механічної потужності

Реферат: Безконтактний вимірювач крутного моменту і механічної потужності складається з першого та другого датчиків положення, встановлених відповідно на двох дископодібних корпусах приводного та веденого валів, з'єднаних пружною вставкою, та перетворювального пристрою. У вимірювач додатково введений тахометричний датчик. Всі датчики виконані оптичними з спільним випромінювачем. UA 101926 U (12) UA 101926 U UA 101926 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки, зокрема до приладів для безперервного вимірювання крутного моменту і механічної потужності на валу приводу з навантаженням і може використовуватися в системах автоматизованого електроприводу у різних галузях промисловості. Традиційно крутний момент на валу приводів вимірювали за допомогою тензорезисторів [1]. Перевагою методу тензометрії вважається можливість вимірювання крутного моменту на валу з механічним приводом без зміни силової кінематичної схеми. Такі вимірювальні засоби стандартизовані й сертифіковані. Однак для передавання електричного сигналу від тензорезисторів, приклеєних на валу, або пружній вставці, необхідно встановлювати контактні струмовивідні, або обертові радіопередавальні пристрої, які досить складні та потребують ретельного догляду. Крім того тензометричним способом принципово не можна одночасно з моментом вимірювати сигналом від тензорезисторів частоту обертання валу, а відтак і приводну потужність навантаження. Крім того, крутний момент можна зміряти магнітопружними датчиками моменту [2]. Деякі типи цих датчиків, не маючи механічного і електричного контакту з контрольованим валом, володіючи великою потужністю вихідного сигналу і лінійністю вихідної характеристики, будучи дуже простими по конструкції і надійними в тяжких умовах навколишнього середовища. Іншими відомими пристроями є оптичні вимірювачі крутного моменту. Частіше фотоелектричні динамометри крутного моменту виконують з аксіально перфорованими двома дисками, закріпленими по обидва боки пружної вставки між валами приводу та навантаження. Перевагою такого пристрою є відсутність контактів. Однак фотометричний пристрій має досить складну оптичну систему і не допускає забруднень світлопропускних перфорацій, що важко уникнути в умовах виробництва. Крім того певні обмеження точності будуть через явища дифракції та інтерференції світла. Відомий вимірювач крутного моменту [3], що містить привідний вал, до якого жорстко закріплена втулка з ізолюючого матеріалу, на якій встановлені кільця з щітками та тензодатчики, на привідному валу закріплені жорстко дві півмуфти, до яких прикріплені стояки з вимірювальною площиною, закріпленою одним кінцем, на якій встановлені згадані тензодатчики. Привідний вал приводить в рух півмуфти зі стояками, які діють на вимірювальну площину, внаслідок чого вона прогинається. Величина прогину, викликана зміною дії сили крутного моменту, фіксується тензодатчиками. Сигнал з тензодатчиків через кільця та щітки знімається на тензопідсилювач. Недоліком такого пристрою є наявність кільця з щітками на приводному валу, що ускладнює конструкцію та знижує точність вимірювання механічної величини. Найбільш близькими за технічною суттю до корисної моделі, що пропонується є безконтактний вимірювач крутного моменту і частоти обертання вала [4], що складається з двох датчиків сигналів, встановлених відповідно на валу приводу і приєднаному до нього пружною вставкою вала навантаження, та підсилювальних і перетворювальних блоків, який відрізняється тим, що формувачі імпульсів виконані в секторних прорізах однорідних дискових корпусів, а датчики індуктивного типу встановлені на одній коаксіальній лінії з однаковим дотичним зазором до дискових корпусів і підключені через інтегральний підсилювач та адаптер до програмованого записувача або комп'ютерної системи. Недоліком даного пристрою є наявність датчиків індуктивного типу, для яких характерна збільшена інерційність, що при великих швидкостях обертання може знизити точність вимірювання механічних параметрів. Крім того, вимірювач формує сигнали механічного крутного моменту та швидкості обертання, для визначення потужності необхідно проводити додаткові обчислювальні перетворення та операції. Задача корисної моделі є підвищення швидкодії вимірювача, його надійності та збільшення інформативності. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому безконтактному вимірювачу крутного моменту і механічної потужності, що складається з першого та другого датчиків положення, встановлених відповідно на двох дископодібних корпусах приводного та веденого валів, з'єднаних пружною вставкою, та перетворювального пристрою, в вимірювач додатково введений тахометричний датчик, всі датчики виконані оптичними з спільним випромінювачем, вихід першого датчика положення приводного валу з'єднаний з першим входом першого елемента кон'юнкції, на другий вхід якого підключений вихід інвертора, вхід якого з'єднаний з виходом другого датчика положення веденого валу, вихід першого елемента кон'юнкції з'єднаний з першим входом другого елемента кон'юнкції, другий вхід якого з'єднаний з виходом тахометричного датчика. 1 UA 101926 U 5 10 15 20 Суть корисної моделі пояснюється структурною схемою безконтактного пристрою для вимірювання крутного моменту і механічної потужності, представленою на кресленні. Пристрій складається з двох дископодібних корпусів 1 на приводному валу і 2 на веденому валу механізму навантаження, між якими закріплена торсійна пружна з'єднувальна вставка 3. Тахометричний датчик утворений множиною віддзеркалюючих рисок 4 та фото датчиком 5, перший датчик положення приводного валу утворений віддзеркалюючим елементом 6 та фотодатчиком 7, другий датчик датчика положення веденого валу утворений віддзеркалюючим елементом 8 та фотодатчиком 9, який підключений до входу інвертора 10, вихід якого підключений до першого входу елементу кон'юнкції 11, до другого входу якого підключений фотодатчик 7, а вихід - до першого входу елементу кон'юнкції 12, до другого входу якого підключений фотодатчик 5. Для забезпечення надійної роботи фото датчиків в пристрій введений випромінювач 13. Принцип дії запропонованого пристрою полягає в наступному. Перед початком вимірювання в нерухомому стані диски 1 і 2 з віддзеркалюючими елементами 6 і 8 розташовані на одній лінії, паралельній осі обертання, дзеркально симетрично. Після приведення валу приводного двигуна, а через пружну з'єднувальну вставку 3 і веденого валу механізму в обертовий рух з частотою обертання  Д і М диски 1 і 2 також обертаються, але диск 2 за рахунок торсійної деформації пружної вставки 3 провертається відносно диску 1, а віддзеркалюючий елемент 8 зміщується відносно віддзеркалюючого елемента 6 на кут  , величина якого пропорційна протидійному моменту опору навантаження ММ . Величина цього куту фіксується за допомогою фотодатчиків 7 і 9, сигнали від яких х F та x S відповідно в перетворювальному пристрої перетворюються в імпульсний сигнал XM , причому XM  xF  xS , тривалість цього сигналу 25 30 35 40 45 пропорційна куту зрушення  , а значить моменту опору механізму ММ . Фотодатчик 5 формує послідовність імпульсів, утворених віддзеркалюючими тахометричними рисками 4 - сигнал x T , їх частота і тривалість пропорційна швидкості обертання Д . В перетворювальному пристрої формується імпульсний сигнал XP , причому XP  xT  xF  xS , кількість імпульсів в якому за один оберт валу пропорційна потужності навантаження PM  MMM . Для підвищення надійності віддзеркалюючі елементи освітлюються спільним випромінювачем, який працює у визначеному оптичному діапазоні. Використання безконтактного пристрою для вимірювання крутного моменту і механічної потужності дає можливість формувати імпульсні сигнали, які містять інформацію про момент механічного навантаження, швидкість обертання та механічну потужність на валу приводу. В подальшому можлива відповідна обробка інформаційних сигналів в мікроконтролерній системі, їх індикація. Таким чином, за рахунок використання фотоелектричних датчиків положення, введення додаткового тахометричного датчика та нових елементів та зв'язків в перетворювальному пристрої отриманий технічний результат - збільшена швидкодія і надійність вимірювача та розширена його інформативність. Джерела інформації: 1. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. Под ред. канд. техн. наук Р.А. Макарова. М., "Машиностроение", 1975. 288 с., ил. 2. Рыбальченко Ю.И. Магнитоупругие датчики крутящего момента. - М.: Машиностроение, 1981, 128 с. 3. Патент UA70691A. Вимірювачі крутного моменту. МПК(2006) G01L 5/00; G01B 7/16. [В.І. Банга, В.Т. Дмитрів, Я.С. Жінчин, В.М. Сиротюк]. опубл. 15.10.2004, бюл. № 10, 2004 р. 4. Патент UA51982. Безконтактний вимірювач крутного моменту і частота обертання вала. МПК (2009) G01L 3/12 G01P 3/00. [М.І. Трегуб, В.В. Козирський]. опубл. 10.08.2010, Бюл.№ 15, 2010 р. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Безконтактний вимірювач крутного моменту і механічної потужності, що складається з першого та другого датчиків положення, встановлених відповідно на двох дископодібних корпусах приводного та веденого валів, з'єднаних пружною вставкою, та перетворювального пристрою, який відрізняється тим, що в вимірювач додатково введений тахометричний датчик, всі датчики виконані оптичними з спільним випромінювачем, вихід першого датчика положення 2 UA 101926 U приводного валу з'єднаний з першим входом першого елемента кон'юнкції, на другий вхід якого підключений вихід інвертора, вхід якого з'єднаний з виходом другого датчика положення веденого валу, вихід першого елемента кон'юнкції з'єднаний з першим входом другого елемента кон'юнкції, другий вхід якого з'єднаний з виходом тахометричного датчика. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3