БЛОК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ

Область техники
Настоящее изобретение относится к машиностроению, а более точно к диагностике механизмов с вращающимися элементами, в частности, к диагностике подшипников качения.
Предшествующий уровень техники
Известен из уровня техники блок измерительный для измерения интервалов времени, соответствующих повторяющимся перемещениям элемента механизма, соответствующих повторяющемуся заданному перемещению элемента или элементов механизма, включающий датчик перемещения элемента или элементов механизма и средство измерения интервалов времени между импульсами, поступающими от датчика при прохождении перед ним элемента механизма. Известный измерительный блок является составной частью тахометров марки RV-1 «Универсальный тахометр для двигателя и ротора» и БК-6 «Электронный тахометр и бортовой компьютер» (см. www.airbridge.narod.ru и http://avtrade.by/532/31130/31135/31203/), используемых для определения скорости вращения по временному интервалу соответствующему обороту вала или колеса. Недостатком этого известного измерительного блока является низкая точность в измерении временного интервала, что не позволяет использовать результат измерения для диагностики механизма.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, достигаемый в заявленной полезной модели, заключается в увеличении точности измерения временного интервала, соответствующего непрерывно повторяющемуся заданному перемещению элемента или элементов механизма.
Измеряемые с большой точностью интервалы времени являются необходимым материалом для диагностики циклических механизмов, поскольку исследования показали, что измеряемые интервалы времени зависят от: разброса геометрических параметров элементов подшипника после изготовления и сборки, изменений геометрических параметров элементов подшипника вследствие износа, попадания в подшипник инородных включений и грязи, различных внешних воздействий и других причин и факторов.
Указанный технический результат достигается в блоке измерительном, предназначенном для измерения интервалов времени, соответствующих повторяющемуся заданному перемещению, например, непрерывно вращаемого, элемента или элементов механизма, включающем датчик перемещения элемента или элементов механизма, датчик опорного канала и средство измерения интервалов времени между импульсами, поступающими от датчика при прохождении перед ним элемента механизма, содержащее таймер общего счета, запускающий последовательность счетных импульсов, генератор счетных импульсов, счетчик и схему, включающую счетчик на время, определяемое таймером общего счета по сигналам опорного датчика.
Блок может дополнительно включать второй датчик перемещения элемента или элементов механизма, соединенный со средством измерения интервалов времени между импульсами, поступающими от датчика. Датчиком перемещения элемента механизма может являться индуктивным датчик или датчик Холла.
Блок может дополнительно включать датчик полного поворота ведущего вала механизма, соединенный со средством измерения интервалов времени между импульсами, поступающими от датчика. Датчик полного поворота ведущего вала механизма может быть выполнен с возможностью считывания метки, нанесенной на вал или элемент, связанный с валом.
Блок может дополнительно включать память для хранения измеренных интервалов времени. Блок может также дополнительно включать средство радиосвязи для передачи результатов измерений удаленному средству математической обработки результатов измерений.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена схема блока измерительного, используемого при исследовании подшипника качения.
Реализация полезной модели
Блок измерительный может применяться для измерений в отношении множества различных циклических машин и механизмов, а именно, редукторов, часовых механизмов, подшипников, турбогенераторов, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей. Ниже приведена реализация блока измерительного на примере его использования при исследовании подшипника качения.
Представленный на фиг.1 блок измерительный включает датчики 1 и 2, формирующие электрические импульсы при прохождении перед ними, соответственно, тел качения 3 и заклепок сепаратора 4 подшипника качения. В качестве датчиков 1 и 2 могут использоваться, например, оптические (лазерные), индуктивные, индукционные датчики или датчики Холла.
Блок измерительный также включает датчик 5 поворота вращающегося внутреннего кольца 6 подшипника качения, установленного на валу 7 и датчик 8 опорного сигнала, соответствующего полному обороту вращающегося внутреннего кольца и открывающего таймер общего счета. Датчик 5 регистрирует прохождение информационных меток, например, пазов или штрихов, нанесенных непосредственно на вал 7, или на информационный элемент 9 с метками, размещаемый на валу и жестко связанный с ним. Информационный элемент 9 имеет больший диаметр, чем вал 7 и необходим, когда нанесение меток на вал технически трудно, или невозможно, или необходимо повысить точность обнаружения расположения дефекта на элементах подшипника. Использование дополнительного информационного элемента в виде диска с метками, позволяет увеличить точность позиционирования дефекта на внутреннем кольце подшипника в 10 раз. В качестве такого информационного элемента могут использоваться накладные диски с отверстиями, или зубчатые колеса с числом зубьев, соответствующим числу меток, и т.п. В качестве датчиков 5 и 8 может использоваться, например, токовихревой датчик, формирующий последовательность электрических импульсов от информационных меток, сформированных на поверхности вала, имеющих, например, пазы или выступы. Может использоваться оптический датчик, считывающий нанесенный метки.
Импульсы от датчиков 1, 2, 5 и 8 поступают в средство 10 измерения интервалов времени между импульсами, где преобразуются в измерительные импульсы и выполняется измерение интервалов времени между импульсами. Средство 10 может также предусматривать кодирование измеренных интервалов времени и их запоминание для последующего анализа и обработки.
Датчик 8 опорного канала включает располагаемый в средстве 10 измерения интервалов времени между импульсами таймер общего счета, запускающий последовательность счетных импульсов с дискретностью до долей микросекунд и менее, используемую при измерении всех интервалов времени.
Блок измерительный обеспечивает прецизионное измерение характерных интервалов времени циклически перемещающихся элементов механизма, в частности, вращающихся элементов подшипника качения, преобразовании получаемых датчиками аналоговых сигналов в измерительные импульсы, измерение интервалов времени ограниченных фронтами измерительных импульсов и их кодирование в цифровую форму для последующей математической обработки и сравнения с нормированными параметрами для оценки технического состояния функционирующего подшипника.
-13
x
x
обр
x
x
сч
x
сч
Существующие методы измерения времени: последовательного счета; сравнения временных интервалов; и нулевой или нониусный, позволяют достаточно уверенно «рассматривать» таким образом, процессы длительностью до 10 с. Наиболее предпочтительным является метод последовательного счета [Мирский Г.Я. Электронные измерения: 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986], в котором осуществляется сравнение измеряемого интервала времени Δt с дискретным интервалом, воспроизводящим единицу времени. Для этого интервал Δt заполняется импульсами с известным образцовым периодом следования, причем T<<Δt. Таким образом, интервал преобразуется в периодическую последовательность импульсов, число m которых подсчитывается. Импульсы, заполняющие интервал Δt, принято называть счетными и обозначать период их следования T. Таким образом, Δt=m·Т.
x
x
x
Для реализации метода последовательного счета средство 10 включает генератор счетных импульсов, счетчик и схему, включающую счетчик на время Δt. В период действия стробирующего импульса, длительность которого равна измеряемому интервалу Δt, счетчик считает импульсы генератора. Число, зафиксированное счетчиком и наблюдаемое с помощью цифрового отображающего устройства, соответствует измеряемому интервалу Δt.
сч
сч
x
x
сч
x
сч
x
сч
сч
В измерительной технике импульс, задающий продолжительность счета, принято называть временными воротами. Если период следования счетных импульсов генератора обозначить T, а частоту следования - F, то за интервал Δt через временные ворота пройдет m=Δt/T=Δt·F импульсов и, следовательно, измеряемый интервал Δt=m·T=m/F.