Магнитоупругий датчик крутящего момента

 

МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащий установленную концентрично ферромагнитному валу кольцевую электромагнитную систему с тремя рядами явновыраженных полюсов, на которых размещены возбуждающие катушки и катушки измерительных обмоток, и измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности выделения информации о величине осевого усилия, в нетл электромагнитная система выполнена в виде двух частей, симметричных относительно плоскости, проходящей через ось вала, возбуждающие катушки каждой части размещены на полюсах крайних рядов, при этом линии, проходящие через центры указанных полюсов каждой части электромагнитной системы , ориентированы под углом 45 к оси вала и под углом .к ffpyгой , причем на крайних полюсах среднего ряда одной и другой частей размещены соответственно катушки первой и второй измерительной обмоток , третья измерительная обмотка о азована катушками, размещенными на средних полюсах среднего ряда обеих частей электромагнитной системы, четвертая измерительная обмотка - катушками, расположенными на полюсах крайних рядов o6eHk частей указанной системы, линия размещения .которых параллельна.оси вала, при этом возбуждакадие катушки обеих частей соединены встречно-параллельно , катушкикаждой измерительной обмотки - встречно-последовательно, а измерительная схема выполнена в виде четырех выпрямителей, двум схем сравнения, двух операционных усилителей и множительного устрой (Л ства, причем пёрвая и вторая измерительные обмотки через соответствующие первый и второй выпрямители соединены соответственно с первым и вторым входают одной схемы сравнения, третья и четвертая измерительные обмотки через соответствующие третий и четвертый выпрямители соответственно - с первым и вторым входами другой схемы сравнения, выход СП одной схемы сравнения связан с пряел ъ/кал входом первого операционного ,усилител я, инверсные входы которого со соединены соответственно с выходом -V) второго операционного усилителя и выходом множительного устройства, при этом выход первого операционного усилителя соединен с инверсным входом второго операционного усилителя и одним входом множительного устройства , другой вход которого связан с выходом второго операционного усилителя .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5п 6 01 i 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ t

l (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и отнРытий (21) 3458599/1.8-10 (22) 24.06.82 (4б) 23.11.83. Бюл. Р 43 (7 2) A.Ã. Костылев, С.Д. Левин тов, Р.Х. ГаФиятуллин и В.A. Дегтярев (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 531.781(088.8) (56) 1. Одинец C,С, и др. Средства измерения крутящего момента. N. Машиностроение, 1977, с. 89-90.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 2141бl, кл. G Ol L 3/10, 21.01,б7 (прототип) . (54)(57) МАГНИТОУПРУГИЯ ДАТЧИК КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащий установленную концентрично Ферромагнитному валу кольцевую электромагнитную систему с тремя рядами явновыраженных полюсов, на которых размещены возбуждаюцие катушки и катушки .измерительных обмоток, и измерительную схему, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности выделения ииФормации о величине осевого усилия, в нем электромагнитная система выполнена в виде двух частей, симметричных относительно плоскости, проходящей через ось вала, возбуждающие катушки каждой части раэмецены на nomocax крайних рядов, при этом линии, проходящие через центры указанных полюсов каждой части электромагнитной системы, ориентированы под углом 45 к оси вала и под углом 90зодна .к другой, причем на крайних полюсах среднего ряда одной и другой частей размещены соответственно катушки

„„SU„„1 55977 А первой и второй измерительной обмоток датчика, третья измерительная обмотка образована катушками, размеценными на средних полюсах среднего ряда обеих частей электромагнитной системы, четвертая измерительная обмотка — катушками, расположенными на полюсах крайних рядов обеиМ частей указанной системы, линия размещения .которых параллельна оси вала, при этом возбуждающие катушки обеих частей соединены встречно-параллель но, катушки каждой измерительной обмотки — встречно-последовательно, а измерительная схема выполнена в виде четырех выпрямителей, двум схем сравнения, двух операционных @

Р усилителей и множительного устройства, причем первая и вторая измерительные обмотки через соответствуюЫие первый и второй выпремители осе- С динены соответственно с первым и вторым входами одной схемы сравнения, третья и четвертая измерительные обмотки через соответствуюцие третий и четвертый выпрямители соот.ветственно — с первым н вторым входами другой схемы сравнения, выход одной схемы сравнения связан с пря-мым входом первого операционного усилителя, инверсные входы которого соединены соответственно с выходом второго операционного усилителя и выходом множительного устройства, при этом выход первого операционного усилителя соединен .с инверсным входом второго операционного усилителя и одним входом множительного устройства, другой вход которого связан с выходом второго операционного усилителя.

1055977 одной и другой частей электромагнитИзобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента и осевого усилия на вращающихся валах.

Известен магнитоупругий датчик 5 крутящего момента, содержащий установленную концентрично валу кольцевую электромагнитную систему, состоящую из цепи возбуждения в виде кольцевого многополюсного статора с 0 катушками, включенными последовательно, и измерительной цепи в виде совокупности П-образных магнитопроводов; расположенных вдоль оси вала между полюсами возбуждения, с измерительными катушками, включенными встречно L 1 .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является мапнитоупругий датчик крутящего момента, содержащий установленную концентрично ферромагнитному валу кольцевую электромагнитную систему с тремя рядами явновыраженных полюсов, на ноторых размещены возбуждающие катушки и катушки измерительных обмоток, и измерительную схему 2 J.

Недостатком известных датчиков является низкая точность измерения в условиях действия осевых нагрузок. З0

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширения Функциональных возможностей путем обеспечения воэможности выделения информации о величине осевого 35 усилия, Указанная цель достигается тем, что в датчике, содержащем установленную концентрично ферромагнитному валу кольцевую электромагнитную 40 систему с тремя рядами явновыраженных полюсов, на которых размещены возбуждающие катушки и катушки. измерительных обмоток и измерительную схему, электромагнитная система выполнена в виде двух частей, симметричных.относительно плоскости, проходящей через ось вала, возбуждающие катушки каждой части размещены на полюсах крайних рядов, при этом ли- . нии, проходящие через центры указан- 50 ных-полюсов каждой части электромагнитной системы, ориентированы под углом 450 к оси вала и под углом

90 одна к другой, причем на крайних полюсах среднего ряда одной и другой 5Б частей размещены соответственно катушки первой и второй измерительных обмоток датчиКа, третья измерительная обмотка образована катушками, размещенными на средних полюсах сре11-S0

:него ряда обеих частей электромагнитной системы, четвертая измерительная обмотка — катушками, расположенными на полюсах крайних рядов обеих частей указанной системы, ли- 65 ния размещения которых параллельна оси вала, при этом возбуждающие ка» тушки обеих частей соединены встречно-параллельно, катушки каждой измерительной обмотки — встречно-последовательно, а измерительная схема выполнена в виде четырех выпрямителей, двух схем сравнения, двух операционных усилителей и множительного устройства, причем первая и вторая измерительная обмотки через соответствующие первый и второй выпрямители соединены, соответственно с первым и вторым входами одной схемы сравнения, третья и четвертая измерительные обмотки через соответствующие третий и четвертый выпрямители соответственно — c первым и

Вторым входами другой схемы сравнения, выход одной схемы сравнения связан с прямым входом первого oneрационного усилителя, инверсные входы которого соединены соответственно с выходом второго операционного усилителя и выходом множительного устройства, при этом выход первого операционного усилителя соединен с инверсным входом второго операционного усилителя и одним входом множительного устройства, другой вход которого связан с выходом второго операционного усилителя.

На фиг.1 изображен предлагаемый датчик; на фиг.2 — то же, вид сбоку; на фиг.З - развертка кольцевой электромагнитной системы; на фиг.4 измерительная схема.

Магнитоупругнй датчик крутящего момента (фиг.1-3) содержит кольцевую электромагнитную систему 1, установленную концентрично ферромагнитному валу 2. Электромагнитная система выполнена в виде двух частей

3 и 4 (фиг.З), симметричных относительно плоскости, проходящей через ось вала. Каждая часть электромагнитной системы имеет три- ряда явновыраженных полюсов: возбуждающих 5 и измерительных 6, на которых расположены, соответственно, возбуждающие катушки 7 и измерительные катушки 8 — 11.

Линии, проходящие через центры возбуждающих полюсов 5 каждой части электромагнитной системы, расположенные на полюсах крайних рядов, ориентированы под углом 45 к оси вала и под углом 90 одна к другой.

На крайних полюсах среднего ряда ной системы размещены катушки 8 и 9 соответственно, первой и второй измерительных обмоток датчика. Третья измерительная обмотка образована катушками 10, размещенными на средних полюсах среднего ряда обеих частей электромагнитной системы, а четвертая измерительная-обмотка — ка1055977 тушками ll расположенными на полюсах крайних рядов обеих частей указанной системы, линия расположения которых параллельна оси вала. Возбуждающие катушки 7 обеих частей соединены встречно-параллельно (фиг.4), при этом полярность возбуж- дающих полюсов чередуется вдоль развертки электромагнитной системы. Катушки каждой измерительной обмотки соединены встречно-последовательно.

Измерительная схема датчика содержит две схемы 12 и 13 сравнения, четыре выпрямителя 14 — ).7, два операцион-. ных усилителя 18 и 19 и множительное устройство 20.(Резисторы на входах и в цепях орратных связей операционных усилителей не показаны).

Первая и вторая измерительные обмотки (фиг.4) через соответствующие первый 14 и второй 15 выпрямители соединены, соответственно, с первым и вторым входами одной схемы

12 сравнения, третья и четвертая измерительные обмотки — через соответствующие третий lб и четвертый 17 выпрямители соответственно с первым и вторым входами другой схемы 13 сравнения.

Выход схемы 12 сравнения связан с пряьым входом первого операционного усилителя 18, инверсные входы которого соединены соответственно с выходом второго операционного усилителя 19 и выходом множительиого устройства 20. Выход операционного уси.лителя 18 соединен с инверсным входом операционного усилителя 19 и входом множительного устройства 20, другой вход которого связан с выходом усилителя 19.

Датчик работает следующим образом.

При приложении к валу крутящего момента: М в сжимаемых участках вала магнитная проницаемость уменьшается„

ЭДС, наводимая в измерительных катушках 8 и снимаемая с клемм U« уменьшается. В растягиваемых участках вала магнитная проницаемость увеличивается и ЭДС, наводимая в измерительных катушках 9 и снимаемая с клемм Ug возрастает. ЭДС, снимаемые с клемм Uq u Ug выпрямляются выпрямителями 14 и 15 и поступают на вход схемы 12 сравнения, выходное напряжение которой UÄ при P=O пропорционально крутящему моменту М на валу.

При приложении к валу растягиваю-!

О щего осевого усилия Р ЭДС, наводимая в измерительных катушках 10 и снимаемая с клемм 03, возрастает (по сравнению с ЭДС при P=O), тогда как ЭДС в катушках 11, снимаемая с клемм 04, не изменяется ЭДС, сни- маемые с клемм 03 и 04, выпрямляются выпрямителями 16 и 17 и поступают на вход схемы 13 сравнения, выходное напряжение которой U> при M=O npo20 порционально осевому усилию в ва.ле.

При одновременном действии на вал крутящего момента М и осевого усилия P напряжения U„ H U2 связаны

25 с Р и М соотношениями ()„=км+к p+ кмр., и = к р+ к м, где К -К вЂ” постоянные коэффициенты.

ЗО Для выделения сигналов (напряжений), пропорциенальных моменту М и усилию P „ используются операцион- ные усилители 18 и 19 и множительное устройство 20. При этом выходное на«

35 пряжение 0 ш. „ операционного усилителя 18 пропорционально крутящему моменту М, а выходное напряжение 08 ц операционного усилителя 19 пропорционально осевому усилию P.

40 Использование s предлагаемом датчике четырех иэмерительных 1обмоток и схемы выделения информации о величине крутящего момента и осевого усилия позволяет повысить точнбсть измерения крутящего момента в условиях совместного действия указанных нагрузок и расширить его функциональные возможности.

1055977

1055977

Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 9288/32

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Г, Целибеев

Редактор П. Коссей Техред С.Мигунова Корректор Ю. Макаренко