SU711389A1

SU711389A1 - Power meter

Info

Publication number: SU711389A1
Application number: SU772510587A
Authority: SU
Inventors: Вадим Александрович Гончарук; Олег Михайлович Дерфель; Владимир Васильевич Дубровский; Эдуард Алексеевич Курбатов
Priority date: 1977-08-01
Filing date: 1977-08-01
Publication date: 1980-01-25

Description

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техникой предназначено для измерения мощности, передаваемой вращающимися валами.The invention relates to the field of instrumentation designed to measure the power transmitted by the rotating shafts.

Известен измеритель мощности, передаваемой вращающимися валами, содержащий измеритель деформации, связанный с генератором, счетчик измерения деформации и результата, логические схемы, не обеспечивает требуемой точности измере— ния мощности [1] .A known meter of power transmitted by rotating shafts, comprising a strain meter associated with the generator, a counter for measuring strain and result, logic circuits, does not provide the required accuracy of power measurement [1].

Наиболее, близким по технической сущности к изобретению является измеритель мощностей, содержащий фазовый измеритель деформации, соединенный через пер,вую логическую схему с входами реверсивного счетчика измерения деформации, измеритель скорости вращения вала, связанный через вторую логическую схему с входом счетчика результата, схему управ- _χления, подключенную своими режимными выходами к входам обеих логических схем, задающий генератор, подключенный к синхронизирующим входам схемы уп2 равления и обеих логических схем, а также анализаторы О, связанные своими входами с выходами соответствующий счетчиков, а выходами - с входами схемы управления.The closest in technical essence to the invention is a power meter containing a phase strain gauge connected through the first logic circuit to the inputs of a reversible strain gauge counter, a shaft rotation speed meter connected through a second logic circuit to the input of the result counter, control circuit _χ a circuit connected by its mode outputs to the inputs of both logic circuits, a master oscillator connected to the synchronizing inputs of the control circuit and both logic circuits, as well as an analog About congestion associated with their inputs to the outputs of the corresponding counters and outputs - to the inputs of the control circuit.

К недостаткам известного измерителя относится низкая точность измерения мощности.The disadvantages of the known meter include low accuracy of power measurement.

Целью изобретения является повышение точности измерения мощности.The aim of the invention is to improve the accuracy of power measurements.

Указанная цель достигается за счет того, что в него введены два блока внесения уставок, выходы каждого из которых соединены соответственно с разрядными входами счетчика измерения деформации и счетчика результата, а входы указанных блоков внесения уставок подключены к командному выходу схемы управления.This goal is achieved due to the fact that two setting blocks are entered into it, the outputs of each of which are connected respectively to the bit inputs of the strain meter and the result counter, and the inputs of these setting blocks are connected to the command output of the control circuit.

На чертеже представлен предлагаемый измеритель мощностей, состоящий из фазового измерителя деформации 1, измерителя скорости вращения вала 2, высокочастотного задающего генератора 3, схеВремя измерения будет равно:The drawing shows the proposed power meter, consisting of a phase strain meter 1, a meter for shaft rotation 2, a high-frequency master oscillator 3, scheme The measurement time will be equal to:

мы управления 4, первых и вторых логических схем 5 и 6, реверсивного счетчика 7 измерения деформации, счетчика 8 результата, блоков внесения уставок 9 иwe control 4, the first and second logic circuits 5 and 6, a reversible counter 7 for measuring deformation, a counter 8 for the result, blocks for entering the settings 9 and

10, анализаторов О 11 и 12.10, analyzers O 11 and 12.

Выход фазового измерителя деформации 1 соединен с измерительным входом первой логической схемы 5, а выход измерителя скорости 2 связан с измерительным входом второй логической схемыThe output of the phase strain gauge 1 is connected to the measuring input of the first logic circuit 5, and the output of the speed meter 2 is connected to the measuring input of the second logic circuit

6. Выход задающего генератора 3 подключен к синхронизирующим входам схемы управления 4 и логических схем 5 и 6. Первый и второй режимные выходы схемы управления 4 связаны соответственно с первыми и вторыми режимными входами логическихсхем 5 и 6. Первый и второй выходы первой логической схемы 5 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами счетчика 7. Выход второй логической схемы 6 подключен к входу счетчика 8. Разрядные входы счетчиков 7 и 8 связаны с выходами своих блоков внесения ус тавок рых подключены к схемы управления 7 и 8 через свои связаны с первым и вторым командными входами схемы управления 4. На выходе фазового измерителя деформации 1 формируются импульсные сигналы, длительность которых &Т пропорциональна отношению утла закручивания сечений при передаче валом Крутящего момента Мкр к угловой скорости вращения вала Эти сигналы поступают на измерительный вход логической схемы 5. В первом режиме на первых режимных входах схем 5 и 6 с выхода схемы 4 формируется разрешающий При этом первой логической помощью сигналов от задающего генератора 3 (период следования которых каждый период дТ преобразуется в пачку импульсов с количеством сч и 10, входы котокомандному выходу 4. Выходы счетчиков анализаторы Ό’ 11 и логических управления по генциал. схемой 5 с (1)6. The output of the master oscillator 3 is connected to the synchronizing inputs of the control circuit 4 and logic circuits 5 and 6. The first and second mode outputs of the control circuit 4 are connected respectively with the first and second mode inputs of the logic circuits 5 and 6. The first and second outputs of the first logic circuit 5 are connected respectively, with the summing and subtracting inputs of the counter 7. The output of the second logic circuit 6 is connected to the input of the counter 8. The discharge inputs of the counters 7 and 8 are connected to the outputs of their application units and are connected to the control circuits 7 and 8 Without their own, they are connected to the first and second command inputs of the control circuit 4. At the output of the deformation phase meter 1, pulse signals are generated, the duration of which & T is proportional to the ratio of the shear of twisting of the sections when the torque is transmitted by the shaft Mcr to the angular speed of rotation of the shaft. These signals are fed to the measuring input of the logic circuit 5. In the first mode, the first mode inputs of circuits 5 and 6 are formed from the output of circuit 4. In this case, the signals from the master oscillator 3 are formed by the first logical help (the repetition period of which each dT period is converted into a burst of pulses with the number of counts and 10, the inputs are to the command output 4. The outputs of the counters are analyzers Ό ’11 and logical controls for the general. 5 s circuit (1)

Эти сигналы поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 7, где производится накопление всех пачек импульсов за весь интервал измеренияThese signals are fed to the summing input of the reverse counter 7, where all packets of pulses are accumulated over the entire measurement interval

Интервал измерения формируете^ счетчиком 8 путем накопления до переполне— . ния синхрони рируюших импульсов задающего генератора 3, поступающих в первом режиме через вторую логическую схему 6.The measurement interval is formed ^ by counter 8 by accumulation until the overflow—. synchronizing pulses of the master oscillator 3, arriving in the first mode through the second logic circuit 6.

где , (2)where, (2)

Cg - число импульсов, подсчитываемых счетчиком 8. Так как период следования каждой пачки импульсов равен периоду следования сигналов измерителя скорости вращения вала 2 (Т_оВ), по импульсов, зафиксированное 7 будет равно' _т Cg - the number of pulses counted by the counter 8. Since the period of each pulse _train is equal to the period of the signals of the shaft speed meter 2 (Т _оВ ), the number of pulses recorded 7 will be equal to ' _t

Π --Δη· “’Ю* то чиссчетчиком (3) (2), попу— (1) и (4) счетчика 8 чепоступает на вто ^ТОБΠ --Δη · "'U * chisschetchikom then (3) (2) The popularity (1) and (4) counter 8 chepostupaet WTO ON ^T

Учитывая выражения ЧИМ АТГGiven the expression of PIM ATG

АТС-8 ^т = обATS-8 ^t = r

Сигнал переполнения рез анализатор О 12 рой командный вход схемы управления 4. При этом происходит переключение разрешающего потенциала на второй режимный выход схемы управления 4, в результате чего прекращается счет пачек в счетчике 7, и первая логическая схема 5 подключает к его вычитающему входу сигналы, следующие от задающего генератора 3, а вторая логическая схема 6 вместо сигналов Т_Сц подключает к входу счетчика 8 сигналы, следующие от измерителя скорости 2, с периодом Т_ов Overflow signal res analyzer O 12 swarm command input of the control circuit 4. At the same time, the enable potential switches to the second mode output of the control circuit 4, as a result of which the counts in the counter 7 are stopped, and the first logic circuit 5 connects the following signals to its subtractive input from the master oscillator 3, and the second logic circuit 6 instead of the signals T _C c connects to the input of the counter 8 signals following from the speed meter 2, with a period of T _o

Время отсчета импульсов в счетчике 7 до его обнуления составит И^'Тсц > в число импульсов, зафиксированное при этом счетчиком 8, будет равно h-iTc4 .The countdown time of the pulses in the counter 7 until it is reset to zero will amount to ^ ^ Tcc. The number of pulses recorded by the counter 8 will be equal to h-iTc4.

^ТОБ ^T AB

С учетом выражения (4):Given the expression (4):

^N Т⁵ ^N T ⁵

ОБ ^κρ ии ' о> ’ (5) (6) ^ак как (7)ABOUT ^ κρ and 'o> ’(5) (6) ^ ak like (7)

АТ (8) ^ТОб где Κψ - коэффициенты пропорциональности, то результат измерения может быть представлен ^Кр^Ш AT (8) wherein ^T On Κψ - proportionality constants, the measurement result can be represented by ^W ^ Cr

SO 2.SO 2.

Так как мощность, передаваемая равна: „ ^К4^С8 го, принимая i—- к_з,Since the power transmitted is equal to: “ ^K 4 ^C 8 th, taking i—- k _s ,

4’ (9) валом, . (10) получим4 ’(9) shaft,. (10) we get

N = K₃V, (11) откуда следует, что полученное в счегчи5 ке 8 число импульсов пропорционально мощности, передаваемой валом.N = K ₃ V, (11) whence it follows that the number of pulses obtained in counting 8 is proportional to the power transmitted by the shaft.

Описанный порядок работы устройства соответствует функционированию измерителя мощности аналогично прототипу при 5 условии отсутствия погрешностей, определяемых неточностью начальной установки датчиков деформации и различием жесткостей валов у различных агрегатов.The described order of operation of the device corresponds to the operation of the power meter similar to the prototype under 5 conditions without errors, determined by the inaccuracy of the initial installation of strain gauges and the difference in the stiffness of the shafts of various units.

Неточность начальной установки дат- ю чиков по углу приводит к том}*, что измеряемое значение сдвига фаз Δ.Τ отличается от реального ДТр на некоторую величину А 77 и будет равноThe inaccuracy of the initial installation of the sensors by the angle leads to} * * that the measured value of the phase shift Δ.Τ differs from the real DTP by a certain value of A 77 and will be equal to

В этом случае, подегавив.(12) в (4), получим, что число импульсов, зафиксированное счетчиком 7, будет равно г < ^ТО6 - ’ где второе слагаемое является ошибкой, (13) определяемой неточностью начальной установки датчиков деформации по углу. 25 ’ Коррекция этой ошибки в предлагаемом устройстве может быть осуществлена пу тем предварительного внесения до начала измерения с помощью вводимого в устройство блока внесения уставки 9 в счет- 30 чик 7 уставки, величина которой равна дополнительному коду от значения ошиб(жесткости), расстояния между сечениями и полярного момента инерции вала.In this case, having added (12) to (4), we find that the number of pulses recorded by counter 7 will be equal to r < ^T О6 - 'where the second term is an error, (13) determined by the inaccuracy of the initial installation of the strain gauges in the angle. 25 'Correction of this error in the proposed device can be carried out by preliminary introduction before the start of measurement using the set point 9 introduced into the device, into the counter unit 30; the setting value is equal to the additional code of the error (stiffness) value, the distance between the sections and the polar moment of inertia of the shaft.

Так как временный сдвиг фаз датчиков деформации лТ пропорционален углу скручивания, го отличия углов скручивания в различных валах ( и cQ) приводят к соответствующему различию временных сдвигов и 2 .Since the temporal phase shift of the strain sensors LT is proportional to the twist angle, differences in the twist angles in different shafts (and cQ) lead to a corresponding difference in the time shifts and 2.

Из выражения (7) следует, что при одинаковых М^ри Qj различие и в различных валах определяется различием коэффициента .From the expression (7) it follows that for identical M ^ ri Qj the difference in different shafts is determined by the difference in coefficient.

Таким образом, для получения однозначного результата о величине переда- . ваемой различными валами мощности N при одинаковых значениях Gj из выражения (9) следует, что из-за разбросов величины для различных экземпляров валов необходимо соответствующее изменение С-g .для сохранения постоянства величины произведения .Thus, to obtain an unambiguous result about the value of the transfer. of the power N obtained by different shafts at the same values of Gj, it follows from expression (9) that due to variation in the value for different shaft instances, a corresponding change in С-g is necessary to maintain the constancy of the product value.

Это изменение числа импульсов Cg , подсчитываемых в счетчике 8, возможно реализовать в измерителе путем предварительного внесения в счетчик 8 с помощью блока внесения уставок 10 определенного значения уставки, которое определяется по результатам тарировочныхиспытаний.This change in the number of Cg pulses counted in the counter 8 can be implemented in the meter by preliminary entering into the counter 8 using the unit of settings 10 a certain value of the setting, which is determined by the results of calibration tests.

ки + ЛТ7С₈ Ki + LT7S ₈

Т_о бT _about b

Это значение ошибки в предлагаемом устройстве может быть достаточно прос— го определено при отсутствии нагрузки на валу (т.е. при нулевом значении М«р и, следовательно, при ДТр - О ), так как в этом случае из выражения (13) следует, что число импульсов, зафиксированное счетчиком 7, будет равно агс₆ и - i ’This error value in the proposed device can be quite simply determined in the absence of a load on the shaft (i.e., at a zero value M «p and, therefore, at DTR - 0), since in this case it follows from expression (13) that the number of pulses recorded by counter 7 will be equal to ags ₆ and - i '

Т ’ ОБ го есть число, соответствующее величине ошибки начальной установки датчиков деформации.T ’ABOUT is a number corresponding to the magnitude of the error in the initial installation of strain gauges.

Ошибки от различия жесткости валов и неточности начальной осевой установки ⁵⁰датчиков возникают в связи с гем, что угол скручивания сечений пропорционален Мцр , то естьErrors from the difference in shaft stiffness and inaccuracies in the initial axial installation of ⁵⁰ sensors arise in connection with the heme, that the angle of twisting of the sections is proportional to Mtsr, i.e.

0l=A№_Kp, (15) _5S где Д - коэффициент пропорциональ ности, зависящей от модуля упругости материала вала0l = A№ _K p, (15) _5S where D is the coefficient of proportionality, depending on the elastic modulus of the shaft material

Claims

The invention relates to the field of control and measuring technology and is intended to measure the power transmitted by rotating shafts. A known power meter transmitted by rotating shafts, comprising a strain gauge associated with a generator, a counter for measuring the strain and the result, logic circuits, does not provide the required accuracy for measuring the power l. The closest to the technical essence of the invention is a power meter containing a phase strain gauge connected via a logic circuit to the inputs of a reversible counter for measuring strain, a shaft rotation speed meter connected via a second logic circuit to a result counter input, a control circuit a laziness connected by its mode outputs to the inputs of both logic circuits, a master oscillator connected to the clock inputs of the control circuit and both logic circuits, and analog On congestion associated with their inputs to the outputs of corresponding counters, the outputs and - a control circuit inputs. A disadvantage of the known meter is the low accuracy of the power measurement. The circuit of the invention is to improve the accuracy of the power measurement. This goal is achieved due to the fact that two setting blocks are entered into it, the outputs of each of which are connected respectively to the discharge inputs of the strain measurement counter and the result counter, and the inputs of the specified setting blocks are connected to the command output of the control circuit. The drawing shows the proposed power meter consisting of a phase strain gauge 1, a rotary speed meter 2, a high-frequency master oscillator 3, a control circuit 4 mm, first and second logic circuits 5 and b, a reversible strain meter 7, a score 8 result, units of setting 9 and 10, analyzers O 11 and 12. The output of the phase strain gauge 1 is connected to the measuring input of the first logic circuit 5, and the output of the velocity meter 2 is connected to the measuring input of the second logic circuit we 6. The output of the master oscillator 3 is connected to the clock inputs of the control circuit 4 and logic circuits 5 and 6. The first and second mode outputs of the control circuit 4 are connected respectively with the first and mode inputs of logic circuits 5 and 6. The first and second and outputs the first logic circuit 5 is connected with the summing and outputting inputs of the counter 7. The output of the second logic circuit 6 is connected to the input of the counter 8. The discharge inputs of the counters 7 and 8 are connected to the outputs of their input units 9 and 10, the inputs of which are connected to team at the output of the control circuit 4. The outputs of the counters 7 and 8 through their analyzers O 11 and 12 are connected to the first and second command inputs of the control circuit 4. At the output of the phase strain gauge 1, pulse signals are generated, the duration of which T is proportional to the ratio of the twist section polarity pr transmission shaft Torsional. moment Mkrk angular velocity of the shaft OU- These. the signals arrive at the measuring input of the logic circuit 5. In the first mode, the first potential at the first regulative inputs of logic circuits 5 and 6 from the output of the control circuit 4 is formed by the resolving potential. At the same time, the first logic circuit 5 with the help of signals from master oscillator 3 (the following period Tb) converts each period dT into a pulse train with the number T,, P -. (1) These signals arrive at the summing input of the reversible counter 7, where the accumulation of all bursts of pulses is made over the entire measurement interval. The measurement interval is formed by the counter 8 by accumulating the direct pulses of the master oscillator 3 in the first mode through the second logical circuit 6 until the synchronization overflows. clearly: s -T where Cg is the number of pulses counted by counter 8. Since the follow-up period of each batch of pulses is equal to the follow-up period of signals of the shaft rotation speed meter 2 (), the number of pulses recorded by the counter 7 will be equal to OOB (3) Taking into account the expressions (1) and (2), we get 1d at ON (4) The overflow signal of the counter 8 through the analyzer O 12 is fed to the second command input of the control circuit 4. In this case, the resolving potential is switched to the second mode output of the control circuit 4, as a result of which pack account ek in the counter 7, and the first logic circuit 5 connects to its subtractive input the signals following from the master oscillator 3, and the second logic circuit 6 instead of signals connects to the input of the counter 8 signals following the speed meter 2, with a period. The counting time of the pulses in the counter 7 before zeroing it will be the number of pulses recorded by the counter 8, will be equal to m - taking into account the expression (4): N, (8) ABOUT (JL) are proportional coefficients where K., C JL the result of the measurement can be represented by the LLSR since the modality transmitted by the shaft is: P-MKpU); , .. (S) K..C, then, taking 1 received N Kz, from which it follows that the number of pulses obtained in counter 8 is proportional to the power transmitted by the shaft. The described order of operation of the device corresponds to the operation of a power meter similar to the prototype, provided that there are no errors, faults with the inaccuracy of the initial installation of the strain gauges and the difference in shaft stiffness of different units. The inaccuracy of the initial installation of the sensors by the angle leads to the fact that the measured value of the phase shift of the RT differs from the real DTT by some uiC and is equal to (12 In this case, adding (12) to (4) we find that the number of pulses recorded by the counter 7, will be equal to TTRC VI - P-8 T - T L i06 OB where the second term is an error, determined by the inaccuracy of the initial installation of strain gauges in the angle. This error can be corrected in the proposed device by start measuring from to by the input of the setting block 9 into the device, the counting 7 of the setpoint, the value of which is equal to the additional code from the error value Tob This error value in the proposed device can be quite simply determined if there is no load on the shaft (i.e., at zero value Mcr and consequently, with ДТр - О), since in this case it follows from expression (13) that the number of pulses recorded by the counter 7 will be equal to, that is, the number corresponding to the error value of the initial installation of the strain gauges. Errors from differences in shaft stiffness and inaccuracies in the initial axial installation of the sensors arise due to the fact that the twist angle of the sections is proportional to AL.d. i.e., A is the coefficient of proportional bone depending on the modulus of elasticity of the shaft material 89 (stiffness), distance between the cross sections and the polar moment of inertia of the shaft. Since the temporal phase shift of the strain gauges l T is proportional to the twist angle, the differences in the twist angles in different shafts (° C and SL.2) lead to a corresponding difference to the time shifts τ and. From expression (7), it follows that for the same Mkri Uj, the difference in dT and different shafts is determined by the difference in the coefficient KJ. Thus, to obtain an unambiguous result on the magnitude of the transmission. power of N different shafts with the same values of tl) from expression (9), it follows that due to variations in the value of k, different instances of shafts require a corresponding change in C-g. to preserve the constant value of the product. This change in the number of pulses Cg counted in the counter 8 can be realized in the meter by preliminarily entering into the counter 8 by means of a setting unit 10 for a certain setpoint value, which is determined by the result of the calibration tests. Claims A power meter comprising a phase strain gauge connected via a first logic circuit to the inputs of a reversible strain gauge counter, a shaft rotation speed meter connected via a second logic circuit to an input of a result calculator, a control circuit connected by its mode outputs to the inputs of both logic circuits that drives a generator connected to the clock inputs of the control circuit and both logic circuits, as well as analyzers O, connected by their inputs from the output w c the corresponding slots, and the vyroes, with the inputs of the control circuit, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, two voltage input blocks were introduced into it, the outputs of each of which are connected respectively to the discharge inputs of the rosulgate counter, and the inputs of these The application units are connected to the command output of the control circuit.

Sources of information taken into account in the examination

1, USSR Author's Certificate No. 315697. Cl. Q 01 U 3/10, 1964.

2. US patent number 3640131, class. 73-141, 1969 (prototype).