Измерительный преобразователь крутящего момента

 

Изобретение может быть использовано в виде автономного измерительного устройства или в составе информационно-измерительной системы в качестве преобразователя крутящего момента . Цель изобретения - повьппение точности. В корпусе 9 устанавливается неподвижная часть токосъемника, выполненная в виде ферритового кольца 1 О с первичной обмоткой 11, которая подключена к выходу усилителя 15 записи и входу усилителя 16 считывания . В состав схемы регистрирующего устройства включены генератор 20 импульсов, элемент 17 задержки, одновибратор 18, схемы И 13 и 14 и триггер 19. Значение величины крутящего момента на валу 1 определяется измерением изменения временного интервала по отношению к значению, принимаемому за начало отсчета. Цель изобретения достигается вследствие линейности функции преобразования угла скручивания во временной интервал. 3 ил. с i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4 19 А1

15)) 4 G Ol L 3 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,,ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3970388/24-10 (22) 29.10.85 (46) 07.01.88. Бюл. М 1 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.В.Блажкун, В.Т.Маслов, А.А.Круглов, Н.И.Ревенко, Л.О.Спасокукоцкий и А.П.Шпинь (53) 531.781(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 415521, кл. G 01 ? 3/10, 1971.

Авторское свидетельство СССР

У 491053, кл. G 01 ? 3/10, 1973. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА (57) Изобретение может быть испольэовано в виде автономного измерительного устройства или в составе информационно-измерительной системы в качестве преобразователя крутящего момента. Цель изобретения — повышение точности. В корпусе 9 устанавливается неподвижная часть токосъемника, выполненная в виде ферритового кольца IO с первичной обмоткой 11, которая подключена к выходу усилителя

15 записи и входу усилителя 16 считывания. В состав схемы регистрирующего устройства включены генератор

20 импульсов, элемент 17 задержки, одновибратор 18, схемы И 13 и 14 и триггер 19. Значение величины крутящего момента на валу 1 определяется измерением изменения временного интервала по отношению к значению, принимаемому эа начало отсчета. Цель изобретения достигается вследствие линейности функции преобразования уг ла скручивания во временной интервал

3 ил.

1364919

Изобретение относится к технике измерений механических величин, в частности крутящего момента, и может быть использовано в виде автономного измерительного устройства или в составе информационно-измерительной системы в качестве преобразователя крутящего момента на вращающихся и неподвижных валах, Целью изобретения является повы» шение точности.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг ° 2— взаимное расположение звукопровода и магнитной головки в условиях действия (пунктир) и отсутствия крутящего момента; на фиг. 3 — эпюры сигналов, поясняющие руботу преобразователя.

Измерительный преобразователь крутящего момента содержит вал 1 с упругим участком 2, к одному концу которого прикреплен диск 3, на котором установлен электромагнитный преобразователь 4, а к другому — ферромагнитное кольцо 5 с радиальным разрезом

6 (фиг ° 2),установленное концентрично оси вала 1 и индуктивно связанное с электромагнитным преобразователем

4, трансформаторный токосъемник 7, включающий в себя статорную обмотку

8 на ферритовом кольце 9, и установленном на основании 10, и роторную обмотку 11 подключенную к электромагнитному преобразователю и выполненную на ферритовсм кольце 12, установленном на валу 1, две схемы И 13 и 14, два усилителя 15 и 16, последовательно соединенные элемент !7 задержки и одновибратор 18, триггер 19 и генератор 20 имгульсов, выход которого подключен к входу элемента 17 задержки и через усилитель 15 к статорной обмотке 8 трансформаторного токосъемника 7 и входу усилителя 16, выход которого подключен к первым входам схем И 13 и 14, выходы которых подключены к соответствующим входам триггера 19, а вторые входы схем И

13 и 14 подключены соответственно к прямому и инверсному выходам одновибратора 18 °

При этом электромагнитный преобразователь 4 выполнен в виде тороидальной катушки с рабочим зазором, развернутым к ферромагнитному кольцу

5 с обеспечением воздушного зазора

После импульса запуска, воспринимаемого усилителем 16 в виде помехи

V>, первым считывается импульс Vzs, 40 отраженный от "ближайшего" к преобразователю 4 торца в радиальном разрезе ферромагнитного кольца 5. Временное запаздывание <, импульса V относительно импульса V определяет4 ся из выражения

2R Ч.

1 = --—

С где R— радиус ферромагнитного кольца 5; скорость звука в материале кольца 5; угол положения "ближайшего"

50 торца в радиальном разрезе

6 относительно электромагнитного преобразователя 4.

Аналогично определяется запаздывание 7р импульса Vz8 — т. е. отраженного импульса от дальнего торца между ферромагнитным кольцом 5 и электромагнитным преобразователем 4.

Измерительный преобразователь крутящего момента работает следующим образом, Генератор 20 импульсов (фиг, 1) вырабатывает импульс запуска Ч, (фиг. 3), который через усилитель !

0 15 поступает на статорную обмотку 8 трансформаторного токосъемника 7, с роторной обмотки 11 которого сигнал подается на электромагнитный преобразователь 4. При этом в зоне ферромагнитного кольца 5, охваченной магнитным полем преобразователя 4, за счет явления магнитострикции возбуждается акустический импульс, который распространяется по ферромагнитному кольцу 5 в обе стороны от места возбуждения.

После отражения от торцевых поверхностей в радиальном разрезе 6 акустические импульсы возвращаются

25 к преобразователю 4 и за счет обратного магнктострикционного эффекта наводят в нем импульс V . Для повышения эффективности прямого и обратного электроакустических преобразований возле области ферромагнитного кольца 5, индуктивно связанной с преобразователем 4, расположен элемент подмагничивания, который может быть выполнен например в виде постоянного магнита, закрепленного на диске 3.

1364919

2п г

12

С (2) где — угол положения дальнего торца н радиальном разрезе

6 относительно электромагнитного преобразователя.

Разность времени запаздывания импульсов Чгд и V 6 при отсутствии крутящего момента соответствует временному интервалу С, -"-(А, 4 2 ), (3) который постоянен для каждой конкретной конфигурации исходного взаимного расположения преобразователя 4 относительно радиального разряда 6 ферромагнитного кольца 5.

При воздействии на нал 1 крутящего момента р,р происходит скручивание упругого участка 2 вала 1 на угол !, пропорциональный é ð. При этом происходит угловое перемещение

+ разреза 6 ферромагнитного кольца 5 относительно преобразователя 4 (фиг. 2), а разность времен запаздывания импульсов Чгр и V28 соответствует временному интервалу Гр

30 с- = — (f2 — Ч, — 2 Р) .

С (4) Таким образом, приращение разности времен запаздывания

35 (5) ь рс 4

С пропорционально углу скручивания упругого участка 2 вала 1, что эквивалентно, г ! Ф я / ко

40 (6) где q — постоянная измерительного преобразователя крутящего момента, учитывающая радиус 45 ферромагнитного кольца 5, скорость распространения звука в материале ферромагнитного кольца 5 и упругие свойства материала упругого участ- 50 ка 2 вала 1.

Таким образом, значение величины

2я, определяется измерением изменения разности времен запаздывания импульЧг и Чг т.е, дЕ

Для этОГО импульсы Vz+ и Чгб (фиГа 3) пройдя через трансформаторный токосъемник 7, усиливаются усилителем 16 (Ч на фиг. 3) и подаются на первые входы схем И 13 и 14, осуществляющих совместно с одновибратором 18 временное селектиронание импульсов. При этом импульсы V>g попадают н интервал вРемени, определяемый диаграьачой

V (фиг. 3) прямого выхода одновибратора 18, начало которого обозначено

Т„ (фиг. 3) и определяется длительностью помехи от импульса запуска

Ч д, а конец Т, равноудален от временного положения считанных импульсов Ч и Чг . С выхода элемента И 13 импульсы Vq поступают на единичный вход триггера 19 и устанавливают его в единичное положение, соответствующее началу временного интервала на выходе преобразователя (V< ).

Импульсы Чг, приходят после момента Т, и через элемент И 14 (,Ч2 ), поступают на нулевой вход триггера

19 и устанавливают его в нулевое положение, соответствующее окончанию временного интервала гь, (V ). При этом импульсы начального участка вызванные помехой Чг,2 от импульса запуска, поступающие во время действия Т,(Ч4 ) элемента 17 задержки, устанавливают н исходное нулевое положение триггер 19 и в начале каждого цикла запуска корректируют возможные случайные сбои предыдущих циклов в работе измерительного преобраэонателя крутящего момента.

С учетом протяженности так называемой "мертвой эоны" Т, обусловленной действием помехи импульса запуска в канале считынания, длительность импульса на прямом выходе одновибратора 18 выбирается равной

Тс Тp Тр, где Т, — интервал пробега акустическим импульсом всей длины ферромагнитного кольца 5: формула изобретения

Измерительный преобразователь крутящего момента, содержащий вал с упругим участком, электромагнитный преобразователь, закрепленный на одном из концов упругого участка нала, и трансформаторный токосьемник, включающий н себя статорную обмотку, установленную на основании, и роторную обмотку, установленную на валу и

1364919

Cue. 2

Составитель А.Амаханов

Редактор В,Данко Техред Г1.Ходанич Корректор А.Зимокосов

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6587/34

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 подключенную к электромагнитному преобразователю, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, в него введены ферромагнитное кольцо с радиальным разрезом, закрепленное на другом конце упругого участка вала концентрично его оси и индуктивно связанное с электромагнитным преобразователем, две схемы

И, два усилителя, последовательно соединенные элемент задержки и одновибратор, триггер и генератор импульсов, выход которого подключен .к входу элемента задержки и через один усилитель — к статорной обмотке трансформаторного токосъемника и к входу другого усилителя, выход которого подключен к первым входам схем И, выходы которых подключены к соответствующим входам триггера, а вторые входы — соответственно к прямому и инверсному выходам одновибратора.