一种涡轮泵动态扭矩测量装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107101758A(43)申请公布日2017.08.29(21)申请号201710367535.6(22)申请日2017.05.23(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人李家文王鹏程任翔张晟刘剑(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人赵文利(51)Int.Cl.G01L3/10(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种涡轮泵动态扭矩测量装置(57)摘要本发明公开了一种涡轮泵动态扭矩测量装置，属于液体火箭发动机推进技术领域。所述测量装置包括用屏蔽线连接的扭矩采集模块和单片机检测控制模块，扭矩采集模块包括扭矩传感器、直流电机、蜗轮蜗杆减速器、编码器、放大器、单向轴承和联轴器；单片机检测控制模块包括电源、单片机控制面板、单片机、电压转换板、USB读写板、电机驱动板和数据存储介质。测量时，当涡轮泵进入匀速阶段后，扭矩传感器将扭矩信号转换为电信号，经过放大器和单片机处理后变为数字信号并显示；光电编码器将数据信号传递到单片机后传输到电机驱动板，以控制转速和扭矩。本发明保持扭矩传感器的输入轴精确匀速转动，无需外界提供动力，并且实现实时图表输出显示。CN107101758ACN107101758A权利要求书1/2页1.一种涡轮泵动态扭矩测量装置，其特征在于，包括屏蔽线连接的扭矩采集模块和单片机检测控制模块；所述的扭矩采集模块由扭矩传感器、直流电机、蜗轮蜗杆减速器、光电编码器、放大器、单向轴承和联轴器组成；直流电机与蜗轮蜗杆减速器组成具有自锁性的减速电机，蜗轮蜗杆减速器的一端输出轴通过联轴器与扭矩传感器的一端输入轴相连，并且使用单向轴承对扭矩传感器该端输入轴进行固定，通过闭环反馈控制直流电机，保证扭矩传感器的输入轴匀速稳定转动，同时抵抗反向扭矩作用；扭矩传感器的另一端输入轴与涡轮泵的连接杆相连；蜗轮蜗杆减速器的另一端输出轴与光电编码器相连，用以测量蜗轮蜗杆减速器该端输出轴的转速和转角信息；放大器用螺钉固定在扭矩传感器保护壳上，接收来自扭矩传感器的扭矩电信号，放大至适合传输的信号，并通过传输线输入到单片机检测控制模块内，由单片机检测控制模块内的元器件完成数据的进一步处理；所述的单片机检测控制模块由电源、单片机控制面板、单片机、电压转换板、USB读写板、电机驱动板和数据存储介质组成；电源、单片机、电压转换板、电机驱动板和USB读写板集成在控制箱内，各部分之间用导线相连，电源经多路电压转换板，为各元器件提供不同的供电电压；单片机通过自带的I/O接口连接单片机控制面板，一方面单片机控制面板上的扭矩采集模块连接端口连接放大器，当接收到放大器的传输信号后，单片机对传输信号进行低通滤波和模数转换后变为数字信号，并显示测量结果；另一方面单片机直接接收光电编码器测量的蜗轮蜗杆减速器输出轴的转速和转角信息，并进行处理产生控制信号传输到电机驱动板，控制直流电机的电压，使扭矩传感器的输入轴保持匀速稳定转动；同时单片机处理后的测量数据通过USB读写板自动写入数据存储介质中。2.根据权利要求1所述的一种涡轮泵动态扭矩测量装置，其特征在于，所述的单片机控制面板控制并显示相关输入输出参数，包括电源开关、按键键盘、数码屏显、数码管a、数码管b、扭矩采集模块连接端口、充电接口和USB端口。3.根据权利要求1所述的一种涡轮泵动态扭矩测量装置，其特征在于，其工作原理如下：步骤一、打开电源开关，设置单片机控制面板的参数，并进行扭矩零点标定；通过按键键盘设定直流电机的电压和总圈数；总圈数是指一次运行过程中，直流电机带动涡轮泵转动的圈数；步骤二、通过按键键盘上的启动按键启动扭矩测量过程；步骤三、测量过程中当涡轮泵进入匀速阶段时，扭矩传感器将测得的扭矩信号传输到单片机进行处理并显示；步骤四、测量过程中当涡轮泵进入匀速阶段时，光电编码器将测得的转速和转角反馈信号传递到单片机并显示；光电编码器将测得的蜗轮蜗杆减速器输出轴的转速和转角反馈信号经屏蔽线直接传递到单片机后，单片机产生控制信号并传输到电机驱动板，控制直流电机的电压，完成对直流电机转速和扭矩的控制；同时数码屏显实时显示测量扭矩和转角关系曲线动态；2CN107101758A权利要求书2/2页步骤五、测得的扭矩、转速和转角数据会同步保存在通过USB端口连接的数据存储介质中；步骤六、当涡轮泵满足旋转圈数设定值条件时，直流电机通过蜗轮蜗杆减速器进入减速并最终停止。4.根据权利要求3所述的一种涡轮泵动态扭矩测量装置，其特征在于，所述的步骤二中，扭矩测量过程具体为：直流电机缓慢加速，带动蜗轮蜗杆减速器的输出轴缓慢运动，扭矩传感器的输入轴与涡轮泵连接杆连接，进而涡轮泵以相同速度运动，