Бесконтактный датчик для измерения крутящего момента

 

БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА , содержащий упругий ферромагнитный вал и кольцевой статор с явно вырйаженн ными полюсами, на которых размещены катущки возбуждения, эалиганные переменным током, и П-образными сердечниками , расположенными между полюсами вдоль оси вала, на которых размещены измерительные катушки, отличающий с я тем, что, «а целью повышения чувствительности и упрощения измерения знакопеременного крутящего момента, в него введень соединенные последовательно с катущками возбуждения фазосдвигаг ющие блоки. .

«" эс,«ъ

Г

Щоg с c„,;.«« :« .- изВМФжт!-.Ф- в» «»."-.: «!м:"» .ЯК„1016708

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

358! Q014 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3337813/18-10 (22) 15,09,81 (4g) 07.05,83, Бюл. № 17. (72) ° А.Г.Костылев и C.Ä. Певинтов (7 1) Челябинский политехнйческий ин.ститут им. Ленинского комсомола (53) 531.781(088, 8) (S6) 1. Авторское свидетельство СССР № 214161, кл. 60143/10, 2.1.01.67.

2, Авторское свидетельство СССР ¹ 148932, кл. 601 3/10, 10.11.60, (прототип).

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБР1..ТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (54) (57 ) БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯШЕГО МОМЕНТА, содержащий упругий ферромагнитный вал и кольцевой статор с явно выраженными полюсами, на которых размещены катушки возбуждения, запитанные переменным током, и П-образными сердечниками, расположенными между полюсами . вдсль оси вала, на которых размещены измерительные катушки, о т л и ч аю щ и и с .я тем, что, е целью повышения чувствительности и упрощения измерения знакопеременного крутящего момента, в него введены соединенные последовательно с катушками возбуждения фаэосдвига-ющие блоки..

1016708

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на вращающихся валах.

Известен i- магнитоупорный датчик крутящего момента, содержащий три неподви жных кольцевых электромагнита с явно выраженными полюсами, расположенных концентрично с контролируемым участком вала, средний иэ которых несет на полюсах обмотки возбуждения, а крайние из» мерительные обмотки, причем каждый электромагнит, несущий измерительные обмотки, снабжен числом полюсов вдвое большим, чем число полюсов электромаш нита возбуждения t 1)

Однако данное устройство имеет сложную конструкцию.

Наиболее близким к предлагаемому по технической суцщости и достигаемому результату бесконтактный датчик для измерения крутящего момента, содержащий упругий ферромагнитный вал и кольцевой статор с явно выраженными полюсами, на которых размещены катушки возбуждения, запитанные переменным током, и

If-образными сердечниками, расположен . ными между полюсами вдоль оси вала, на которых размещены измерительные катушки (2 J.

Известный датчик не обеспечивает требуемой чувствительности и, кроме того, при.его использовании требуется измерение двух параметров — величины выходного напряжения и фазы, что усложняет измерение знакопеременного крутящего момента.

Uena изобретения — повышение чувст вительцости и упрощение измерения знакопеременного крутящего момента.

Указанная цель достигается тем, что в бесконтактный датчик для измерения крутящего момента, содержащий упругий ферромагнитный вал и кольцевой статор с явно выраженными полюсами, на которых размещены катушки возбуждения, эапитанные переменным током, и П-образными сердечниками, расположенными между полюсами вдоль вала, на которых размещены измерительные катушки, достигается за счет того, введены соединительные последовательно с катушками воэбужцения фазосдвигающие блоки, На фиг. 1 представлен предлагаемый датчик; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - развертка статора датчика;: на фиг. 4 - электрическая схема датчика на фиг. 5-7 — векторные диаграммы, поясня ощие его работу.

Бесконтактный датчик для измерения крутящего момента (фиг. 1) содержит упругий вал 1, выполненный из ферромат нитного материала, и магнитоупорный преобразователь, состоящий из кольцевого статора 2 с явно выраженными полюсами (фиг. 2), на которых размещены катушки 3 возбуждения, запитанные переменным

10 током от генератора 4 (фиг, 3), и П-образных сердечников 5, расположенных между полюсами вдоль оси вала, на которых размещены измерительные катушки

6, Катушки 3 возбуждения подключены к генератору 4 через фазосдвигаюшие блоки 7.

Принцип работы датчика поясняется на фиг. 4-6, где рассматривается рабочий процесс в элементе датчика, состоящем из двух возбуждающих идвухизмерительных полюсовс катушками, и участка вала.

На фиг. 4-6 приняты следующие обозначения: 1,2 и 3, 4 - проекции соответст венно возбуждающих и измерительных полю-: сов на поверхности участкавала; $.1ф=З4; =/,2)

- ЭДС, возникающая в 1- и измерительной катушке и обусловленная взаимной индукцией с -й возбуждающей катушкой; E < > (i =3,4; ) = 1,2 ) — приращение ЭДС

E возникающее при действии момента

4) — результирующая ЭДС

i -й катушке, обусловленная взаимной индукцией с обеими возбуждающими катуш. ками; ЬЧ- изменение фазы ЭДС ;в i-й измерительной катушке при действии мо35 мента;Ц - сдвиг фаз между токами возбуждающих катушек.

По соседнимкатушкамвозбуждения 1 и 2 протекают синусоидальные токи, амплитуды которых равны, а фазы сдвинуты на угол Ч .

4 При отсутствии крутящего момента в силу симметрии, ЭДС E g и Е4в измерительных катушках совпадают по амплитуде и по фазе.

При приложении к валу положительного

45 момента (фиг. 4) участки вала 1-3 и 24 растягиваются, при этом магнитная проницаемость этих участков увеличиваечся, вызывая повышение.ЭДСЕ и Е на величинуЬЕ и аЕ4 соответственно. Участ5О ки вала 1««4 и 2-3 сжимаютсФ, при этом

ЭДСЬ иЕ уменьшаются на величину АЕу4 и b;Fqg соответственно. Результирующие

ЭДС Fg и Ер измерительных катушек 3 и

4 определяются векторным суммированием соответствующих составляющих. Из фиг. 4 следует, что сдвиг фаэ между ЭДС иЕ,1тем больше, чем больше величина приращений соответствующих составляющих, а значит и крутящего момента.

3 1016708 4

При приложении крутящего момента мится к бесконечности, поскольку нрималейобратного выправления сдвиг фаз между шем изменении направления действия крутяще

ЭДСОН и Е4 имеет другой знак и также гомоментафаэывыходйыхсигяалов иэмеривозрастает увеличение момента (фиг, 5), тельных катушек меня отся на 180 . . разность фаз. ЭДС, наведенных в измеря- s тельных катушках 3 и 4, несет в себе Однако, оптимальным является сдвиг информацию о знаке крутящего момента фаз между токами в соседник возбуждаи его величине (фиг. 6). ющих катушках 155 -165

Отмечается также увеличение чувстви- Использование последовательно соедительности измерения крутящйх моментов 0 ненных с катушками возбуждения фаэосдвипри приближении сдвига фаз между тока- гаюших блоков позволяет повысить чувст-, ми в соседних возбуждающих катушках к внтельность датчика и угостить измерь180е. Теоретически при Ч =1800чумл ние энакопеременного крутящего момен вительность йредлагаемого устройства стре- та.

1016708 101-6708

Риа Г

ФК

ВНИИПИ Заказ. 3378/44 Titpanc 873 Поднисное

Филиап ППП Патаит", г, Ужгород, уп,.Проектная, 4

Ъ