УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована например, при определении числа оборотов и направления вращения вала привода, в частности, в датчиках контроля расхода бензина в бензоколонках.
Широко известны различные устройства для определения угла поворота или направления вращения вала, основанные на использовании фотоэлектрических устройств, состоящих из источника света и фоторезиста.
Однако эти устройства отличаются либо больщой погрешностью измерения, либо сложностью изготовления и реализации.
Известен счетчик количества жидкости 1, содержащий последовательно соединенные измеритель объема и датчик импульсов, состоящий из источника света и фоторезиста, разделенных цилиндрическими стаканами, один из которых неподвижен, а второй установлен на валу измерителя объема свободно и снабжен несбалансированной массой, расположенной на периферии.
Однако наличие несбалансированной массы приводит к самопроизвольному перемещению вала, что значительно снижает точность отсчета числа оборотов вала. Устройство не позволяет определить направление вращения и отличается громоздкостью.
Кл. GOIP В/04 GOID 5/245
выполненными в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, источник света и фотоприемник, оптически связанные через синхродорожки дисков. Прозрачные и непрозрачные участки синхродорожек распределены по случайному закону. Аэто усложняет изготовление устройства, а также усложняет считывание и обработку информации.
Известен датчик частоты вращения 3, содержащий неподвижный и вращающийся элементы. На неподвижном элементе расположен источник излучения. Подвижный элемент вращается вокруг оси, перпендикулярной траектории прохождения излучения. Он имеет головку с прорезями, периодическим образом пропускающими излучение и блокирующими его. На неподвижном элементе установлен детектор, который обнаруживает излучение, прошедщее через прорези подвижного элемента. При этом частота вращения подвижного элемента относительно неподвижного определяется по частоте излучения, обнаруженного детектором.
Такая конструкция датчика не позволяет определять направление вращения подвижного элемента, что приводит к тому, что при вращении, например, вала, на котором закреплен подвижный элемент, в обратном направлении счетчик выдает ложную информацию.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности является устройство контроля направления вращения 3, используемое, например, в датчике скорости автомобиля 4.
Устройство содержит вращающийся диск, посаженный на вращающуюся ось с помощью подшипников и втулок. По всему периметру диска с постоянным щагом выполнены контрольные незамкнутые щели; на траектории перемещения щелей установлены с постоянным угловым интервалом три датчика, которые в соответствии со щелями имеют заданный период и взаимно смещены по фазе на одну
и ту же величину. Дискриминатор принимает по меньшей мере два из трех двоичных сигналов и в зависимости от сочетания этих сигналов формирует три первых и три вторых логических сигнала для распознавания прямого и обратного направления вращения, а затем оценивает направление относительного сдвига фазы. Первый блок оценки принимает три первых логических сигнала от дискриминатора и на основе их логической  распознает прямое направление вращения. Второй блок оценки принимает три вторичных логических сигнала от дискриминатора и на основе их логической суммы распознает обратное направление вращения.
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно отличается сложностью изготовления. А наличие сложных элементов распознавания прямого и обратного направления усложняет и систему реализации поставленной задачи и снижает надежность системы в целом.
Применение сложных и дорогостоящих элементов не оправдывает применения аналогичных устройств, например, в счетчиках расхода бензина в бензоколонках. Кроме того, при использовании известного устройства на валу с неравномерным вращением, в частности, на валу привода дозатора бензина на бензоколонках, где скорость изменяется от min до шах в течение оборота вала, возможно появление ложных сигналов за счет того, что диск со щелями начинает соверщать колебательные движения относительно датчиков. Это приводит к погрещности измерения.
Целью предложенной полезной модели является упрощение устройства и повышение точности контроля.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус, подвижный диск со щелями, установленный на валу с помощью подпшпников, подвижной и неподвижной втулок, фотодатчики, блок
обработки сигналов, щели диска выполнены по всему периметру его в виде впадин, чередующихся с выступами с постоянным шагом Т, а в корпусе устройства выполнены два паза, в которых установлены соответственно два фотодатчика, геометрические оси которых проходят через центр диска таким образом, что угол между ними составляет
,
где п - количество щелей,
Т - угловой шаг расположения щелей,
при этом оптические оси фотодатчиков проходят через точки пересечения геометрических осей их с окружностью, проходящей через щели на расстоянии, равном
/г+1л,
где R - расстояние от центра диска до впадины;
п - высота щели;
кроме того, в неподвижной втулке вьшолнен продольный паз, а в корпусе - отверстие, в которых установлен подпружиненный пггок с регулируемой степенью поджатия его к неподвижной втулке вала.
Благодаря расположению датчиков под углом у отпадает необходимость использования третьего датчика, что упрощает конструкцию и реализацию устройства. Выполнение щелей в виде впадин, чередующихся с выступами по всему периметру, и расположение фотодатчиков таким образом, что их оптические оси проходят через точку пересечения геометрических осей их с окружностью, проходящей на расстоянии R + /4 h , обеспечивает равенство ширины впадины и выступа , а следовательно, и равенство длительности импульса . Это дает возможность сместить сигнал U2 от второго фотодатчика на Уг t, что упрощает регистрацию сигнала и позволяет определить направление вращения вала.
Выполнение штока с регулируемой степенью поджатия его к подвижной втулке вала исключает колебания диска при неравномерном вращении вала привода. Это исключает появление ложных сигналов, что обеспечивает надежность работы устройства.
Таким образом, сравнение заявленного технического решения с известными позволило установить, что предложенная совокупность признаков является новой, обеспечивает технический результат и направлена на достижение цели, указанной в формуле полезной модели. Следовательно, она: соответствует критерию «новизна.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где схематично изображено:
на фиг. 1 - общий вид устройства;
на фиг. 2 - разрез устройства по А-А;
на фиг. 3 - разрез устройства по В-В;
на фиг. 4 - график сигналов первого и второго датчиков;
на фиг. 5 - устройство фотодатчика;
на фиг. 6 - расположение фотодатчиков.
Устройство (фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1, подвижного диска 2, жестко установленного на валу 3 между двумя шайбами 4 и 5 и закрепленного винтом 6. Вал 3 установлен в корпусе на двух подшипниках 7, расположенных между двух втулок 8 и 9. С помощью винта 6 внутренние кольца подшипников 7 и втулка 8 поджимаются к опорной щайбе 10. Втулка 9, жестко установленная в корпусе 1 содержит продольный паз 11, через который шток 12, установленный в отверстии 13 корпуса 1, с помощью пружины 14 поджимается к втулке 8. Степень поджатия пггока 13 к втулке 8 регулируется винтом 15. На диске 2 по всему периметру его с постоянным щагом Т выполнены сквозные щели 16 (фиг. 2, 6), образуя чередующиеся друг за другом выступы и впадины с высотой h. Количество и размер щелей выбирается
конструктивно, в корпусе 1 (фиг.2) выполнены два паза 17, в которых установлены два фотодатчика 18 таким образом, что их геометрические оси проходят через центр диска 2, а оптические оси 19 проходят через точку 20, расположенную на пересечении геометрических осей фотодатчиков 18 с окружностью 21, проходящей через щели на расстоянии от центра дйЬка 2, равном R+ 1/2 h , где R - расстояние от центра до впадины диска. В этом случае на данной окружности ширина выступа. LI равна щирине впадины L. Угол между геометрическими осями фотодатчиков равен
Г  и7-Дг,
где п - количество щелей на диске;
Т - шаг между щелями.
Фотодатчики 18 содержат светодиод 23 и фоторезистор 24 и своим корпусом 25 крепятся к корпусу 1 с помопц,ю винта 26. К корпусу 1 через изолирующие втулки 27 с помощью стоек 28 крепится плата 29, на которой смонтированы электронные элементы устройства. Плата 29 закрывается изолирующей крышкой 30, а вся внутренняя часть устройства закрывается кожухом 31, образуя компактную конструкцию.
Работа устройства происходит следующим образом. Устройство (фиг.1) устанавливают на место, где требуется измерить угол поворота (подсчет числа оборотов), например для измерения расхода бензина в бензоколонках. При этом вал дозатора бензоколонки (на фиг. не показан) соединяют с валом 3 устройства с помощью паза. Во время выдачи дозы бензина вращается вал дозатора, а значит и вал датчика. Датчики 18 в зависимости от заданного направления вала 3 выдают сигналы на блок обработки их (на фиг. не показано). Сигнал Ui (фиг.4) начало пересечения фотодатчиком впадины диска, а отсутствие сигнала - прохождение выступа. Поскольку фотодатчики установлены под
углом у  пТ+-Т, то второй сигнал U2 со второго .фотодатчика
смещен относительно первого на / t, где t - длительность импульса. А поскольку ширина впадины LI равна ширине выступа L2, то . Сигналы поступают на плату 29, которая выдает информацию на блок обработки сигналов. Счетчик (на фиг. не показан) регистрирует расход бензина. Если вал 3 изменит направление вращения, то электронная схема определит нарушенный порядок поступления сигналов и счетчик не покажет расход бензина. Из-за неравномерности вращения привода бензоколонки, обусловленной работой дозатора (на фиг. не показан) происходят колебания диска 2 в пределах люфта, который имеет место между приводом и валом 3 (фиг.1). Это обуславливает появление ложных сигналов, например, при пересечении датчиками выступов диска 2. Указанный недостаток исключается за счет регулируемого торможения вала 3 с помощью вшгга 15.
Таким образом, предложенная конструшщя отличается простотой устройства и реализации, компактностью и надежностью, обеспечивает высокую точность контроля.
На предприятии разработаны и серийно изготавливаются устройства контроля угла поворота вала НТР.250.00.00, НТР.250.00.0001 которые будут переданы в эксплуатацию.
Проведены лабораторные испытания, получены положительные результаты, отраженные в акте испытаний.
Источники информации, нринятые во внимание:
1.Авт. св. 475504, кл. GOlf 1/00, 1975 г. Счетчик количества жидкости.
2.Авт. Св. 1143974, кл. G01D 5/38, 1985 г. Датчик угловых перемещений.
hom
3.Заявка PCT/EP95/03941, № 9611407, кл. GOIP 3/486, 1995 г. Датчик частоты вращения.
4.Патент Японии № 6014067, кл. G01P 13/04, 1985 г. Устройство контроля направления вращения (прототип).