Магнитоупругий способ измерения крутящего момента и устройство для его осуществления

Магнитоупругий способ измерения крутящего момента и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Магнитозшругий способ измерения крутящего момента, заключающийся в намагничивании основного участка контролируемого ферромагнитного вала по всей его поверхности, переменным магнитным полем, направленным вдоль оси вала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения влияния осевых усилий, дополнительно намагничивают в противофазе с основным соседний участок контролируемого ферромагнитного вала, измеряют по краям каждого з частка разность потенциаловчперпендикулярной составляющей ЭДС индукции вихревых токов, а о величине крутящего момента судят по сумме разности потенциалов обоих участков. 2. Устройство для измерения крутящего момента, содержащее кольцевой магнитопровод с первым и вторым боковыми фланцами, расположенными концентрично контролируемому ферромагнитному валу, и основную систему намагничивающих катушек, соединенных между собой согласно и размещенных между фланцами на ферромагнитных стержнях, оси которых параллельны оси вала и расположены по окружности, концентричной валу, отличающееся тем, что в него введены третий фланец, дополнительная, (Л аналогичная основной, система HsiMarничивающих катушек, размещенная между вторым и третьим фланцами и соединенная встречно с основной системой , три токопроводящих кольца, размещенных на валу напротив соответствующих фланцев, две колцевые антенны , жестко закрепленные на валу, и две неподвижные антенны, выполненСП ные в виде тороидов П -образного сечения, внутри которых расположены 00 соответствующие кольцевые антейны, « при этом крайние токопроводящие кольца электрически связаны с одной кольцевой антенной, а среднее - с другой кольцевой антенной.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(51) G 01 1 3/10 списочник изоьгктения

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ .Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) Зб46469/24-10 (22) 28.09.83 (4б) 23.04.85. Бюл. Ф 15 (72) Н.Н.Зацепин и Н.А.Матюкевич (71) Институт прикладной физики

АН Белорусской ССР (53) 531.781(088.8) (5б) 1,Гинзбург В.Б. Магнитоупругие датчики. N., "Энергия", 1970, с.59.

2. Там же, с. 58.

3 ° Авторское свидетельство СССР

У 779826, кл. G 01 L 3/10, 11. 12.78, (54) МАГНИТОУПРУГИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ

КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ . (57) 1. Магнитоупругий способ измерения крутящего момента, заключающийся в намагничивании основного участка контролируемого ферромагнитного вала по всей его поверхности, переменным магнитным полем, направ< ленным вдоль оси вала, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения влияния осевых усилий, дополнительно намагничивают в противофазе с основным соседний участок контролируемого ферромагнитного вала, измеряют по краям каждого участка разность потенциалов;перпендикулярной составляющей ЭДС индукции вихревых токов, а о величине крутящего момента судят по сумме разности потенциалов обоих участков.

2. Устройство для измерения крутящего момента, содержащее кольцевой магнитопровод с первым и вторым боковыми фланцами, расположенными концентрично контролируемому ферромагнитному валу, и основную систему намагничивающих катушек, соединенных между собой согласно и размещенных между фланцами на ферромагнитных стержнях, оси которых параллельны оси вала и расположены по окружности, концентричной валу, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что в него введены третий фланец, дополнительная, аналогичная основной, система намагничивающих катушек, .размещенная между вторым и третьим фланцами и соединенная встречно с основной системой, три токопроводящих кольца, размещенных на валу напротив соответствующих фланцев, две колцевые антенны, жестко закрепленные на валу, и две неподвижные антенны, выполненные в виде тороидов Ц -образного сечения, внутри которых расположены соответствующие кольцевые антенны, при этом крайние токопроводящие кольца электрически связаны с одной кольцевой антенной, а среднее — с другой кольцевой антенной.

1151 сущности к предлагаемому является устройство, содержащее кольцевой магнитопровод с первым и вторым боковыми фланцами, расположенными концентрично контролируемому ферромагнитному валу и основную систему нае

35 магничивающих катушек, соединенных между собой согласно и размещенных между фланцами на ферромагнитных стержнях, оси которых параллельны оси вала и расположены по окружности, концентричной валу (3),.

Недостатком известного способа и реализующего его устройства является низкая точность измерения, обусловленная влиянием осевых усилий.

Кроме того способ и устройство не обладают чувствительностью к изменению знака крутящего момента.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем устранения влияния осевых усилий.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения крутящего момента, заключающемуся в намагничивании основного участка контролируемого ферромагнитного вала по всей его поверхности переменным магнитным полем, направленным

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимся ферромагнитным валом.

Известны магнитоупругий способ и устройство измерения крутящего момента, которые основаны на деформации циркулярного магнитного потока, создаваемого внутри вала, при пропус- 10 кании вдоль его оси переменного элект рического тока и измерении перпендикулярной составляющей магнитного потока с помощью цилиндрической обмот.

Г I ки е сООсной с валом j1 1 ю 15

Недоста.тком способа и устройства является трудность реализации, связанная необходимостью подвода тока к вращающемуся валу.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнитоупругий способ измерения крутящего момента, заключающийся в намагничивании основного участка контролируемого ферромагнитного вала по 25 всей его поверхности переменным магнитным полем, направленным вдоль оси вала )2j .

Наиболее близким по технической

840 вдоль оси вала, дополнительно намагничивают в противофазе с основным соседний участок контролируемого ферромагнитного вала, измеряют по краям каждого участка разность потенциалов перпендикулярной оставляющей

ЗДС индукции вихревых токов, à о величине крутящего момента судят по сумме разности потенциалов обоихс участков.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения крутящего момента, содержащем кольцевой магнитопровод с первым и вторым боковыми фланцами, расположенные ми концентрично контролируемому ферромагнитному валу, и основную систему памагничивающих катушек, сое. диненных между собой согласHQ и размеценных между фланцами .,на ферромагнитных стержнях, оси которых параллельны оси вала и расположены

ПО ОКРУЖНОСтие КОНЦЕНтРИЧНОИ ВЯЛУе введены третий фланец, дополнительная, аналогичная основной, система намагничивающих катушек, размещенная между вторым и третьим фланцами и соединенная встречно с основной системой, три токопроводящих кольца, размещенных на валу напротив соответствующих фланцев, две кольцевые антенны, жестко закрепленные на валу и две неподвижные антенны, выполненные в виде тороидов П -образного сечения, внутри которых расположены соответствующие кольцевые антенны, при этом крайние токопроводящие кольца электрически связаны с одной кольцевой антенной, а среднее — с другой кольцевой антенной.

На чертеже представлено устройст во.

Соосно с контролируемым ферроманнитным валом 1 размец1ен магнитопровод, состоящий из трех кольцеобразных фланцев 2-4, соединенных между собой ферромагнитными стержнями 5, равномерно распределенными по окружности концентричной валу (показаны только четыре. из них). Фланцы и стержни выполняются из магнитомягкого материала. На стержнях 5 размещены идентичные намагничивающие катушки, Все катушки, расположенные между фланцами 2 и 3, образуют основную систему намагничивающих катушек, а между фланцами 3 и 4 — дополнительную. Внутри каждой системы на1151840 4 магничивающие катушки включены согласно, а системы между собой— встречно и через резистор б подсоединены к источнику 7 переменного тока. Под фланцами (можно и рядом с ними), на контролируемом валу, жестко закреплены кольца 8-10 из токопроводящего материала, плотно прилегающие к валу. Кольца 8 и 10 в электрическом отношении закорочены между собой. Кроме того на валу жестко закреплены две подвижные кольцеобразные антенны 11 и 12, которые размещены внутри неподвижных антенн 13 и

14. Неподвижные антенны выполнены в ниде тороидов П -образного сечения, в средней части которых размещены подвижные антенны. Антенна 11 соединена, например, с кольцами 8 и 10, а 12 — с кольцом 9. Для уменьшения электрических помех тороиды через изоляционные прокладки 15 закрыты краном 16 такого же сечения. Сигналы, снимаемые с обеих неподвижных антенн

13 и 14, подключены к дифференциальному усилителю 17, обладающему большим входным сопротивлением. Этот усилитель нагружен на синхронный детектор 18, опорным напряжением ; для которого служит напряжение, снимаемое с резистора 6.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

При намагничивании участка контролируемого вала переменным магнитным

35 полем, направленным вдоль оси вала, Btìàòåðèàëå вала возникают вихревые токи, расположеннше по концентричес-. ким с осью вала окружностям, с плоскостью перпендикулярной вектору маг40 нитной индукции, т.е. перпендикулярнЬ оси вала. Однако при приложении крутящего момента вектор магнитной индукции отклоняется от образующей вала на некоторый угол, пропорцио45 нальный величине крутящего момента.

Так как и в этом случае плоскость вихревых токов остается перпендикулярной к направлению вектора магнитной индукции, то плоскость вихревых токов

SO также отклоняется от нормали к оси вала на тот же угол, что и вектор магнитной индукции. Тогда между коль цами возникает ЭДС индукции вихревых токов, или, иначе, разность потенциалов, пропорциональная величине крутящего момента.

Дополнительная система намагничивающих катушек намагничивает соседний с основным участок контролируемого вала в противофазе с основным. Так как величина и направление крутящего момента одинаковы для обоих участков, то сигнал ЭДС получается для второго участка таким же по величине, но противоположным по знаку. Соединяя проводником противоположные края контролируемых участков посредством токопроводяцих колец получают результирующий сигнал с одинаковым потенциалом на противоположных краях участков, что предотвращает рассеяние сигнала и значительно повьшиет помехоустойчивость устройства.

Результирующий сигнал передается на подвижные антенны, которые можно рассматривать как подвижные обкладки воздушных конденсаторов. Выбран,ная конструкция обеспечивает весьма небольшие колебания емкости при вибрации вала, и, следовательно, незначительную зависимость сигналов, снимаемых с неподвижных антенн от вибрации вала, которая затем практически полностью устраняется благодаря выбранному высокому входному сопротивлению дифференциального усилителя. Синхронный детектор позволяет еще более повысить помехоустойчивость устройства благодаря избирательности по "фазе" регистрируемого сигнала.

В силу того, что перпендикулярная составляющая индукции практически не зависит от осевых усилий (растяжение, сжатие, изгиб), приложенных к валу, то такое поведение наблюдается и для перпендикулярной составляющей ЭДС индукции вихревых токов, а, следовательно, и для измеряемой разности потенциалов.

Использование способа и устройства позволит повысить точность измерения крутящего момента эа счет устранения влияния осевых усилий.

Составитель Г.Целибеев

Редактор Е.Лушникова Техред А.Бабинец Корректор С.Черни

Заказ 2311/31 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4