RU2063007C1

RU2063007C1 - Torque meter

Info

Publication number: RU2063007C1
Application number: RU92011355A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Шилин
Original assignee: Волгоградский Политехнический Институт
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: torque meter belongs to equipment to test units and aggregates of vehicles. Torque meter has torsion shaft 1 on which ends drums 2 and 3 with optical marks stepping up reduction gear with drum 5 with optical mark are anchored, three light guiding forks 6-8 which paired butts are placed correspondingly opposite to drums 2, 3 and 5. First unpaired butts of forks are joined together and are set opposite to source 9 of light and second unpaired butts of forks are optically coupled to photoconverters 10-12. Electronic information unit of meter in corporated amplifiers 13-15 of photocurrent, pulse formers 16-18, logic AND gate 19, key 20 and pulse counter 21. EFFECT: simplified design, increased operational reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящих моментов, например, при обкатке и испытаниях узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин и транспортных средств. The invention relates to load-measuring equipment and can be used to measure torques, for example, during the running-in and testing of units and assemblies of agricultural machinery and vehicles.

Известны тензорезисторные измерители крутящего момента с бесконтактными преобразователями передачи информации /Колчин A.В. Датчики средств диагностирования машин. М. Машиностроение, 1984/. Known strain gauge torque meters with non-contact converters of information transfer / Kolchin A.V. Sensors diagnostic tools machines. M. Engineering, 1984 /.

Этим преобразователям присущи следующие недостатки:
ограниченная точность измерения, обусловленная зависимостью параметров тензорезисторов от внешних температурных условий;
невысокая надежность конструкций.These converters have the following disadvantages:
limited measurement accuracy due to the dependence of the strain gauge parameters on external temperature conditions;
low reliability of structures.

Кроме того, при передаче информации с вращающихся деталей /А.Ф. Прокунцев и Е. С. Максимова. Бесконтактная передача и обработка информации с вращающихся изделий, М. Машиностроение, 1985 / при помощи преобразователей реактивного типа возникает дополнительная погрешность измерения, вызванная изменением параметров этих преобразователей. In addition, when transmitting information from rotating parts / A.F. Prokuntsev and E.S. Maksimova. Contactless transmission and processing of information from rotating products, M. Mashinostroenie, 1985 / with the aid of reactive-type converters, an additional measurement error arises due to a change in the parameters of these converters.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель крутящего момента /авт. свид. СССР N 1476333, кл. G 01 L 3/08/, содержащий два полых барабана, соединенных упругим элементом источник света и экран с линейной шкалой, установленные на основании и оптически связанные между собой через прорези в барабанах. The closest in technical essence to the invention is a torque meter / ed. testimonial. USSR N 1476333, class G 01 L 3/08 /, comprising two hollow drums connected by an elastic element to a light source and a screen with a linear scale mounted on the base and optically coupled through slots in the drums.

Недостатком этого измерителя крутящего момента является ограниченная точность измерения, т.к. в процессе измерения осуществляется визуальный съем информации со шкалы по положению световой полосы. Поскольку шкала имеет на более двух разрядов, а световая полоса нечетную границу, то это и является причиной ограничения точности измерения. The disadvantage of this torque meter is its limited measurement accuracy, as during the measurement process, information is read from the scale by the position of the light strip. Since the scale has more than two digits, and the light strip has an odd border, this is the reason for the limitation of measurement accuracy.

Данный измеритель крутящего момента имеет низкий технический уровень, что обусловлено низкой точностью измерения и отсутствием электрического выхода. Поэтому это устройство не может быть использовано в coставе автоматизированных систем управления испытаниями узлов и агрегатов машин. This torque meter has a low technical level, due to the low accuracy of the measurement and the lack of electrical output. Therefore, this device cannot be used as part of automated test management systems for machine components and assemblies.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции измерителя крутящего момента со схемой обработки информации, которая имела бы электрический выход измеряемой информации в цифровой форме. In this regard, the most important task is to create a new design of a torque meter with an information processing circuit that would have an electrical output of the measured information in digital form.

Техническим результатом заявленного измерителя крутящего момента является повышение точности измерения и удобство пользования этим измерительным устройством, поскольку результат измерения отображается на цифровом табло. Кроме того, наличие цифрового выхода у устройства позволяет использовать его в составе автоматизированных систем управления испытанием узлов агрегатов машин без дополнительных блоков сопряжения. The technical result of the claimed torque meter is to increase the measurement accuracy and ease of use of this measuring device, since the measurement result is displayed on a digital display. In addition, the presence of a digital output on the device allows it to be used as part of automated control systems for testing units of machine assemblies without additional interface units.

Указанный технический результат достигается тем, что в измерителе крутящего момента, содержащем два барабана, соединенных упругим элементом, источник света и индикатор, на барабаны нанесены оптические метки и в него введены механически соединенный с одним из барабанов повышающий редуктор, на выходе которого закреплен барабан с равномерно расположенными по окружности оптическими метками, три световодные вилки, спаренные торцы которых установлены напротив цилиндрических поверхностей барабанов, а первые неспаренные торцы вилок соединены вместе и установлены напротив источника света, и электронный блок обработки информации, состоящей из трех последовательно соединенных цепей, каждая из которых состоит из фотопреобразователя, установленного напротив второго неспаренного торца соответствующей вилки, усилителя фототока и формирователя импульсов, логического элемента И, входами соединенного с выходами двух цепей, соответствующих барабанам, соединенным упругим элементом, ключа, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, и счетчика импульсов, соединенного через ключ с выходом цепи, соответствующей барабану редуктора. The indicated technical result is achieved by the fact that in the torque meter containing two drums connected by an elastic element, a light source and an indicator, optical marks are applied to the drums and a gear reducer is mechanically connected to one of the drums, the output of which is fixed to the drum uniformly optical labels located around the circumference, three light guide plugs, the paired ends of which are installed opposite the cylindrical surfaces of the drums, and the first unpaired ends of the forks are connected together we are installed opposite the light source, and an electronic information processing unit consisting of three series-connected circuits, each of which consists of a photoconverter installed opposite the second unpaired end of the corresponding plug, a photocurrent amplifier and pulse shaper, an AND logic element, inputs connected to outputs two circuits corresponding to drums connected by an elastic element, a key whose control input is connected to the output of the element And, and a pulse counter connected through the switch circuit to output a corresponding drum gear.

Изобретение позволяет повысить точность и быстродействие измерения крутящего момента, поскольку оптико-электронная система с цифровым выходом обладает более высокими характеристиками, точностью и быстродействием регистрации результата измерения. Кроме того, оно позволяет использовать измеритель крутящего момента в составе автоматизированной системы управления испытаниями, т.к. измеритель имеет цифровой электрический выход. The invention improves the accuracy and speed of measurement of torque, because the optoelectronic system with a digital output has higher characteristics, accuracy and speed of recording the measurement result. In addition, it allows the use of a torque meter as part of an automated test management system, as The meter has a digital electrical output.

На фиг. 1 изображен измеритель крутящего момента; на фиг.2 представлена время-импульсная диаграмма, поясняющая работу измерителя. In FIG. 1 shows a torque meter; figure 2 presents the time-pulse diagram explaining the operation of the meter.

Измеритель крутящего момента /фиг.1/ содержит упругий элемент, выполненный в виде торсионного вала 1, который соединяет между собой концы валов, передающих крутящий момент. На концах торсионного вала 1 закреплены два барабана 2 и 3, на цилиндрические поверхности которых нанесены оптические метки, представляющий собой полосы отличающиеся по контрастности от поверхности. Один из валов, передающих крутящий момент, соединен через зубчатую передачу с повышающим механическим редуктором 4, на выходе которого закреплен барабан 5 с оптическими матками, равномерно расположенными по окружности на цилиндрической поверхности. Измерительное устройство содержит также три световодные вилки 6,7,8, спаренные торцы которых установлены соответственно напротив цилиндрических поверхностей барабанов 2, 3 и 5, первые неспаренные торцы вилок соединены вместе и установлены напротив источника света 9, в качестве которого может быть использован лазер, а вторые неспаренные торцы вилок оптически связаны с фотопреобразователями 10-12, которые соответственно соединены с формирователями импульсов /триггерами Шмитта/ 16-18. Выходы формирователей импульсов 16 и 17 соединены с входами логического элемента И 19, выход которого соединен с управляющим входом ключа 20, соединяющего выход формирователя 18 cо счетчиком импульсов 21 имеющие цифровой индикатор. The torque meter / Fig. 1/ contains an elastic element made in the form of a torsion shaft 1, which connects the ends of the shafts transmitting torque to each other. At the ends of the torsion shaft 1, two drums 2 and 3 are fixed, on the cylindrical surfaces of which optical marks are applied, which is a strip that differs in contrast from the surface. One of the shafts transmitting torque is connected via a gear transmission to a step-up mechanical gearbox 4, the output of which is fixed to a drum 5 with optical uterus, evenly spaced on a cylindrical surface. The measuring device also contains three light guide plugs 6,7,8, the paired ends of which are installed respectively opposite the cylindrical surfaces of the drums 2, 3 and 5, the first unpaired ends of the plugs are connected together and installed opposite the light source 9, which can be used as a laser, and the second unpaired ends of the plugs are optically coupled to photoconverters 10-12, which are respectively connected to pulse shapers / Schmitt triggers / 16-18. The outputs of the pulse shapers 16 and 17 are connected to the inputs of the logic element And 19, the output of which is connected to the control input of the key 20 connecting the output of the shaper 18 with a pulse counter 21 having a digital indicator.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При вращении валов соответственно вращаются барабаны 2,3 и 5, причем барабан 5 вращается с большей скоростью. Перемещающиеся оптические метки барабанов относительно спаренных торцов световодных вилок с помощью фотопреобразоваталей 10-12 преобразуются в импульсы фототока. Для повышения контрастности меток на поверхности барабанов осуществляется их подсветка через световоды источником света 9. Импульсы фототоков с фотопреобразователей 10-12 усиливаются соответственно усилителями фототоков 13-15. Для исключения влияния на точность измерения временных параметров импульсов различных амплитудных факторов выходные напряжения усилителей фототоков 13-15 формируются формирователями импульсов 16-18. Таким образом, на выходе формирователей импульсов при вращении барабанов образуются последовательности импульсов / диаграмма а,б,в фиг.2/. Спаренные торцы световодных вилок 6 и 7 установлены таким образом, чтобы при при отсутствии нагрузки фронт импульса формирователя 16 совпадал со срезом импульса формирователя 17 и тогда сигнал на выходе логического элемента 19 отсутствует, ключ 20 закрыт и на вход счетчика импульсов 21 не поступают тактовые импульсы с формирователя 18. Воздействие измеряемого крутящего момента приводит к скручиванию торсионного вала 1, что вызывает относительное смещение оптических меток на барабанах 2 и 3 и соответственно смещение импульсов на выходах формирователей 16 и 17, а следовательно и появление импульса на выходе логического элемента 19 /диаграмма г фиг. 2/, длительность которого пропорциональна величине крутящего момента. Затем импульс с выхода элемента 19 открывает ключ 20, который на это время соединяет выход формирователя импульсов 18 с входом счетчика импульсов 21, которые считает импульсы, число которых за этот промежуток времени пропорционально длительности импульса /диаграмма д, фиг. 2/, а следовательно и величина крутящего момента. При изменении скорости вращения измеряемого объекта при определенном крутящем моменте изменяются длительность импульса на выходе логического элемента 19 и пропорционально период импульсов на выходе формирователя 18, однако результат измерения, регистрируемый счетчиком импульсов, остается постоянным, т.е. не зависит от скорости вращения измеряемого объекта. When the shafts rotate, the drums 2,3 and 5 respectively rotate, and the drum 5 rotates at a higher speed. Moving optical marks of the drums relative to the twin ends of the light guide forks using photoconverters 10-12 are converted into pulses of the photocurrent. To increase the contrast of the marks on the surface of the drums, they are illuminated through the optical fibers by a light source 9. The pulses of the photocurrents from the photoconverters 10-12 are amplified respectively by the photocurrent amplifiers 13-15. To exclude the influence on the accuracy of measuring the time parameters of pulses of various amplitude factors, the output voltages of the photocurrent amplifiers 13-15 are formed by pulse shapers 16-18. Thus, at the output of the pulse shapers when the drums rotate, pulse sequences are formed / diagram a, b, in figure 2 /. The twin ends of the light guide forks 6 and 7 are installed so that, in the absence of load, the pulse front of the driver 16 coincides with the pulse cut of the driver 17 and then there is no signal at the output of the logic element 19, the key 20 is closed and clock pulses do not arrive at the input of the pulse counter 21 shaper 18. The influence of the measured torque leads to twisting of the torsion shaft 1, which causes a relative shift of the optical marks on the drums 2 and 3 and, accordingly, the shift of the pulses at the outputs of the shaper 16 and 17, and therefore the appearance of a pulse at the output of the logic element 19 / diagram d of FIG. 2 /, the duration of which is proportional to the magnitude of the torque. Then the pulse from the output of the element 19 opens the key 20, which at this time connects the output of the pulse shaper 18 with the input of the pulse counter 21, which counts the pulses, the number of which for this period of time is proportional to the pulse duration / chart d, fig. 2 /, and hence the magnitude of the torque. When changing the rotation speed of the measured object at a certain torque, the pulse duration at the output of the logic element 19 changes and is proportional to the period of the pulses at the output of the former 18, however, the measurement result recorded by the pulse counter remains constant, i.e. independent of the rotation speed of the measured object.

Claims

A torque meter containing the first and second drums connected by an elastic element, a light source and an indicator, characterized in that the optical marks are applied to the drums, and a reduction gearbox is introduced mechanically connected to one of the drums, at the output of which a third drum is fixed optical marks arranged around the circumference, three light guide forks, the paired ends of each of which are located opposite the corresponding cylindrical surface of each of the three drums, and the first the twin ends of the light guide plugs are connected together and located opposite the light source, as well as an electronic information processing unit made in the form of three electrical circuits, each of which consists of series-connected photoconverters installed opposite each second unpaired end of the corresponding light guide plug, a photocurrent amplifier and a pulse shaper , as well as the logical element And, the inputs connected to the outputs of two electrical circuits corresponding to the first and second drum am, a key, the control input of which is connected to the output of the AND gate, and a pulse counter connected via the key to the output of the electric circuit corresponding to the third drum of the boost reducer.