Устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала

 

Сущность изобретения: устройство содержит торсионный вал 1, в разных сечениях которого установлены зубчатые индукторы 2, 3 из магнитомягкого материала. Магнитоиндукционные датчики 4, 5 связаны с индукторами 2 и 3. На магнитопроводе каждого датчика размещены сигнальные и дополнительные обмотки. Усилители 13, 14 и резисторы входами подключены к сигнальным и дополнительным обмоткам индукционных датчиков, а выходами к фазоизмерительному прибору 6. 2 ил.

Предложенное устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано при измерении крутящего момента на вращающемся валу, скорость вращения которого изменяется в широких пределах.

Известно устройство для измерения крутящего момента на вращающемся валу, содержащее тензомуфту с тензорезисторами, индуктивный токосъемник, источник питания, установленные на вращающемся валу [1] Недостатком этого устройства является недостаточная точность и сложность передачи сигнала с вращающегося вала.

Известно устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала, содержащее зубчатые индукторы, установленные в разных сечениях вала и связанные с магнитоиндукционными датчиками, каждый из которых содержит магнит с магнитопроводом и сигнальную обмотку, размещенную на магнитопроводе, выходы сигнальных обмоток подключены к фазоизмерительному прибору [1] Недостатком этого устройства является недостаточная точность при измерении момента на вращающемся валу, скорость вращения которого изменяется в широких пределах в результате появления дополнительной погрешности, вызванной неидентичностью изменения электромагнитных характеристик магнитоиндуктивных датчиков.

Основной целью изобретения является повышение точности.

Для достижения поставленной цели в известное устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала, содержащее установленные в разных сечениях вала зубчатые индукторы, связанные с магнитоиндукционными датчиками, каждый из которых содержит магнит с магнитопроводом, на котором размещена сигнальная обмотка, а также фазоизмерительный прибор, введены два усилителя, два резистора и размещенная на магнитопроводе каждого магнитоиндукционного датчика исполнительная обмотка, при этом входы каждого усилителя соединены с сигнальной обмоткой соответствующего магнитоиндукционного датчика, выходы с фазоизмерительным прибором, а дополнительная обмотка каждого магнитоиндукционного датчика соединена последовательно с одним из резисторов и подключена к выходам соответствующего усилителя.

На фиг. 1 приведена схема размещения индукторов и датчиков; на фиг. 2 электрическая схема устройства.

Устройство для измерения крутящего момента содержит торсионный вал 1, в различных сечениях которого установлены зубчатые индукторы 2, 3, выполненные из магнитомягкого материала, магнитоиндукционные датчики 4, 5, имеющие магнитную связь с индукторами 2 и 3, фазоизмерительный прибор 6. Каждый датчик содержит на магнитопроводе сигнальную обмотку соответственно 7 и 8, дополнительную обмотку соответственно 9 и 10. Устройство содержит также резисторы 11, 12 и усилители 13, 14.

Устройство для измерения крутящего момента работает следующим образом.

Под действием измеряемого крутящего момента упругий вал 1 скручивается, при этом зубчатые индукторы поворачиваются относительно своего первоначального положения. При вращении вала зубчатые индукторы модулируют магнитный поток, который, пересекая витки измерительных обмоток датчиков, индуктирует в них сигналы, близкие по форме к синусоиде, усилитель усиливает ток и подает его в дополнительную обмотку. Ток, протекающий по дополнительной обмотке, возбуждает магнитный поток, который направлен противоположно основному магнитному потоку, возбуждаемому изменением магнитного сопротивления при вращении индукторов. Одновременно сигналы с выходов усилителей поступают на входы фазоизмерительного прибора. Изменение фазы сигналов в пределах упругой деформации вала пропорционально величине крутящего момента. При увеличении скорости вращения вала пропорционально увеличивается частота выходных сигналов датчиков, при этом происходит изменение электромагнитных параметров датчиков (увеличивается индуктивное сопротивление, изменяется магнитная проницаемость материала, возрастают потери на гистерезис).

В результате неидентичности изменения электромагнитных параметров датчиков возникает дополнительная погрешность, которая снижает точность измерения крутящего момента.

В известных устройствах эта погрешность может быть незначительно уменьшена только путем подбора большой партии датчиков двух с близкими характеристиками.

В заявляемом устройстве при протекании тока по дополнительным обмоткам возникает дополнительный магнитный поток, вектор которого направлен на встречу вектору магнитного потока, возбуждаемого от изменения магнитного сопротивления при вращении индукторов.

По этой причине магнитный поток, пересекающий витки сигнальных обмоток, резко уменьшается и при увеличении коэффициента усиления усилителей стремится к нулю, что эквивалентно закорачиванию индуктивностей обмоток датчиков. В результате в заявленном устройстве при изменении скорости вращения вала фаза сигналов на выходе усилителей изменяется значительно меньше, чем на выходе сигнальных обмоток в известных устройствах, что приводит к повышению точности измерения крутящего момента в широком диапазоне изменения скоростей вращения вала, при этом идентичность фазовых характеристик обеспечивается при меньшем диапазоне разброса номиналов резисторов 11, 12, что облегчает настройку устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА, содержащее установленные в разных сечениях вала зубчатые индукторы, связанные с магнитоиндукционными датчиками, каждый из которых состоит из магнита с магнитопроводом, на котором размещена сигнальная обмотка, а также фазоизмерительный прибор, отличающееся тем, что в него введены два усилителя, два резистора и размещенная на магнитопроводе каждого магнитоиндукционного датчика дополнительная обмотка, при этом входы каждого усилителя соединены с сигнальной обмоткой соответствующего магнитоиндукционного датчика, выходы с фазоизмерительным прибором, а дополнительная обмотка каждого магнитоиндукционного датчика соединена последовательно с одним из резисторов и подключена к выходам соответствующего усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2