Устройство для измерения крутящего момента

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащее преобразователь крутящего момента в электрический сигнал, размещенный на вращакмдемся валу и подключенный к источнику питания, контактные токосъемники и операционный усилитель с отрицательной обратной связью, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в нем неподвижная часть каждой секции контактных токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, выполнена в биде двух отдельных электрически изолированных скользящих контактов, один из которых подключен к выходу операционного усилителя, а другой к его инвертирующему входу, а неинвертирующий вход операционного усилителя § подключен к соответствующему полюсу источника питания, при этом количество секций токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, и количество операционных усилителей равно количеству полюсов источника питания. 00 О) со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И

РЕСПУБЛИК

091 011 за G01L3 10

:" 3

I ;1 (i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 1

° °

° °

М

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3504622/18-10 (22) 25.10.82 (46) 15.09.84 Бюл. 9 34 (72) Л.N.Бриф, В.Я.Данилин и И.И.Донькин (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт технологии химического и нефтяного аппаратостроения (53) 531. 781 (088.8) (56) 1. Фролов Л.Б. Измерение крутящего момента. M. "Энергия", 1967, с. 24.

2. Патент США Р 4096743,, кл. 73-136, 1978 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащее преобразователь крутящего момента в электрический сигнал, размещенный на вращающемся валу и подключенный к источнику питания, контактные токосъемники и операционный усилитель с отрицательной обратной связью, о т л ич а ю щ.е е с я тем, что, с целью повышения точности, в нем неподвижная часть каждой секции контактных токосъемников, обеспечивакнцих питание преобразователя, выполнена в Виде двух отдельных электрически изолированных скользящих контактов, один из которых подключен к выходу операйонного усилителя, а другой к его извартирующему входу, а неинвертирукиций вход операционного усилителя подключен к соответствующему полюсу источника питания, при этом количество секций токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, и количество операционных усилителей равно количеству полюсов источника питания.

690

1 1113

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

Известны устройства для измерения крутящего момента, содержащие

5 ,преобразователь момента в электрический сигнал, размещенный на валу, и. контактный токосъемник 111.

Недостатком известных устройств является влияние колебаний переходных сопротивлений скользящих контактов на выходной сигнал.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения крутящего момента, содержащее преобразователь крутящего момента в электрический сигнал, размещенный на вращающемся валу и подключенный к источнику питания, контактные токосъемники и one20 рационный усилитель с отрицательной обратной связью С23.

В известном устройстве устранено влияние на входной сигнал переходного сопротивления контактного токосъемни«25 ка, осуществляющего, съем сигнала с преобразователя, однако отсутствует компенсация по секциям токосъема, обеспечивающим питание преобразова теля.

Цель изобретения — повьппение точности Указанная цель достигается тем, чтб в устройстве, содержащем преобразователь крутящего момента в элект-35 рический сигнал, размещенный на вращающемся валу и подключенный к источнику питания, контактные токосъем-. ники и операционный усилитепь с отрицательной обратной связью, неподвиж- 40 ная часть каждой секции контактных токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, вьппхпнена в виде двух отдельных электрически изолированных скользящих контактов, один 45 из которых подключен к выходу операционного усилителя,а другой к его инвертирующему входу, а неинвертирующий вход операционного усилителя

В подключен к соответствующему полю- 50 су источника питания, при этом количество секций токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, и количество операционных усилителей равно количество полюсов источника 55 питания.

На фиг. 1 дана структурная схема устрбйства, на фиг. 2 - электрическая схема устройства, на фиг. 3 схема, поясняющая принцип работы устройства.

Устройство состоит из вращающегося вала 1, на котором закреплен тензопреобразователь 2 и смонтированы три электрически изолированные сек-. ции 3-5 подвижной части контактного токосъемника, представляющие собой стальные кольца с канавкой. Тензопреобразователь 2 подключается к соответствующим токосъемным кольцам, установленным на изоляторе, который закрепляется на валу 1. Неподвижная часть каждой секции токосъема состоит из двух электрически изолированных контактов 6,7 и. 8,9 и одного контакта 10. Контакты 6-10 могут быть изготовлены из стальных проволок диаметром 0,25-0,45 мм, собранных в пучок, который одним концом установлен в узле крепления, а другим, свободным, скользит по канавке кольца токосъемника.

Узлы крепления контактов 6 и 7,8 и 9 электрически изолированы и служат для подачи питания тензопреобразователю с неподвижной части устройства на вращающийся вал. Необходимость в попарной изоляции контактов 6, 7 и

8,9 определена схемой компенсации колебанкй величины переходнык сопротивлений скользящих контактов, через которые осуществляется питание тензопреобразователя. Схема компенсации колебаний величины переходных сопротивлений скользящих контактов содержит два операционных усилителя 11, 12,между инвертирующими входами и выкодами которых включены соответствующие пары контактов

6 и 7, 8 и 9. Неинвертирующие входы операционных усилителей 11, 12 подключены к полюсам источника питания 13.

Колебаниями сопротивления переходного контакта 10 можно пренебречь, если .его подключить к входу измерительного усилителя 14, имеющего большое входное сопротивление (10 — 10 OM) .

Узлы крепления контактов устанавливаются на одной планке, которая в собранном виде монтируется на корпусе устройства так, чтобы свободные концы пучков стальных проволок расположились в канавках соответствующих секций вращающейся части токосъема.

45

3 11136

При использовании схемы тензопреобразователя из четырех тензорезисторов, образуюпщх полный мост, достаточно установить дополнительную секцию токосъемника с одним контак5 том для снятия второго полюса информационного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Крутящий момент, передаваемый вращающимся валом 1, вызывает его скручивание. Деформация кручения воспринимается тензопреобразователем 2, который выдает электрический сигнал, пропорциональный величине деформации, а равно, крутящему моменту. Этот сигнал через кольцо 3, контакт 10 секций съема информационного сигнала токосъема подается на высокоомный вход измерительного усилителя 14, к выходу которого может быть подключен любой измерительный прибор, например вольтметр, аналого-цифровой преобразователь и др. 25

Питание тензопреобразователя 2 осуществляется от источника питания

13 через схему компенсации изменений переходного сопротивления скользящего контакта токосъема, содержащую усилители 11, 12, контакты 6,7 и

8,9 и соответствующие кольца 4,5.

Рассмотрим схему (фиг. 3), поясняющую принцип работы схемы стабилизации напряжения на вращающейся части. На схеме условно второй потенциал источника питания заземлен.

Переменные резисторы и - являются эквивалентами изменяющихся сопротивлений контактных токосъемов соответственно 7-4 и 6-4. Резистор

0 является эквивалентом внутреннего сопротивления преобразователя 2.

Изменение сопротивления 1 „ приводит к изменению тока .1= J„ + J,, а следовательно, изменению падения напряжения на резисторе R . Так как операционный усилитель 11 имеет высокое входное сопротивление (порядка

90 4 нескольких мегаом), ток 3о практически равен нулю, благодаря чему колебанием сопротивления 4 (доли ома) можно пренебречь. Тогда изменение напряжения в точке А практически без искажений подается на инвертирующий вход операционного усилителя

11, который изменяет свое выходное напряжение 0, таким образом, чтобы скомпенсировать изменение напряжения в точке А. Следовательно, напряжение на нагрузке Рн, т.е. напряжение питания датчика, застабилизировано независимо от колебаний переходного сопротивления контактных токосъемов 7-4 и 6-4 . Таким образом1 для стабилизации питающего напряжения на вращающейся части необходимо два контакта на каждой секции, подающей потенциал от источника питания.

Количество секций,. обеспечивающих питание преобразователя, может быть равным количеству полюсов источника питания преобразователя.

Таким образом, напряжение питания тензопреобразователя остается постоянным несмотря на .изменения переходных сопроТивлений скользящих контактов контактного токосъемного устройства.

Применение схемь> компенсации изменения переходных сопротивлений скользящих контактов дает возможность при нежестких требованиях к электрическим параметрам скользящих контактов (колебания их сопротивления до десятков Ом) получить высокие метрологические характеристики датчика крутящего момента (приведенная погрешность не превышает

1X). Невысокие требования к электрическим параметрам контактов дают свободу в выборе конструкции токосъема и механических свойств материалов контактных пар с целью значительного повышения иэносостойкости токосъема в широком диапазоне скоростей, упрощения и снижения габаритов устройства.

1113690

1 7

Дог. 3

Заказ 6609/35 Тираж 822

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

IIo делам изобретений и открьтгий

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

Подписное

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

Составитель В.Герасимова

Редактор О.Колесникова Техред 0.Неце Корректор Е. Сирохман