Устройство для измерения крутящего момента

 

Устройство для измерения крутящего момента относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряжения деформации крутящих моментов и мощности на валах. Устройство содержит последовательно включенные тензорезистор 1, резистор 2 и источник 3 питания. Тензорезистор 1 соответствующим образом закреплен на роторе и соединен с элементами схемы, расположенными на статоре, через токосъемные контакты 4-7 токосъемника. Устройство содержит также три повторителя 8-10 напряжения на операционных усилителях, дифференциальный усилитель 11, двухвходовой сумматор 12 напряжений и устройство 13 деления. Технический результат: повышение точности. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вращающихся валов, таких как напряжение, деформация, а также крутящих моментов и мощности на валах.

Известно устройство для измерения крутящего момента по патенту РФ 2068550 МПК G 01 L 3/10, содержащее измерительный мост, размещенный на валу, токосъемные контакты, источник питания моста, два дифференциальных усилителя и устройство деления.

Недостатком известного устройства являются недостаточные надежность и точность, сложность и ограниченные функциональные возможности из-за большого числа тензопреобразователей, размещенных на вращающемся валу в условиях повышенных возмущающих воздействий со стороны контролируемого объекта, и большого числа токосъемных контактов для передачи информативных сигналов от тензопреобразователей в часть схемы, которая расположена на статоре.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является инвариантный измерительный преобразователь в виде делителя напряжения по патенту РФ 2118826 МПК G 01 R 17/10, 27/02, содержащий последовательно включенные измерительный преобразователь с переменными параметрами, выполненный в виде терморезистора, преобразователь с постоянными параметрами в виде резистора и источник питания, два повторителя напряжения на операционных усилителях, в котором общие выводы тензорезистора и резистора соединены с общей точкой схемы, а другие их выводы через первый и второй повторители напряжения подключены к схеме обработки сигналов, содержащей двухвходовой сумматор напряжений и устройство деления.

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности и влияние на результат измерения нестабильности переходных сопротивлений токосъемных контактов при размещении тензорезистора на вращающихся элементах конструкции контролируемого объекта, что приводит к снижению надежности и точности измерений.

Положительный эффект, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности и точности устройств для измерения крутящего момента и расширении их функциональных возможностей.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство, содержащее последовательно включенные тензорезистор, резистор и источник питания, два повторителя напряжения на операционных усилителях, где общие выводы тензорезистора и резистора соединены с общей точкой схемы, а другие их выводы через первый и второй повторители напряжения подключены к схеме обработки сигналов, содержащей двухвходовой сумматор напряжений и устройство деления, дополнительно снабжено четырехканальным токосъемником (если использован бесконтактный токосъемник, то в качестве его параметров в изобретении используются сопротивления соответствующих токосъемных каналов), третьим повторителем напряжения на операционном усилителе и дифференциальным усилителем, причем один из выводов тензорезистора через первый токосъемный контакт токосъемника соединен с общей точкой схемы, а через второй токосъемный контакт токосъемника с соответствующим выводом резистора и входом третьего повторителя напряжения, другой вывод тензорезистора соединен с одним из полюсов источника питания и входом первого повторителя напряжения соответственно через третий и четвертый токосъемные контакты токосъемника, выход третьего повторителя напряжения соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, с прямым входом которого соединен выход второго повторителя напряжения, выход дифференциального усилителя соединен с соответствующим входом устройства деления и одним из входов сумматора напряжений, с другим входом которого соединен выход первого повторителя напряжения, а выход сумматора напряжений соединен со вторым входом устройства деления.

На чертеже приведена схема устройства для измерения крутящего момента.

Устройство для измерения крутящего момента содержит последовательно включенные тензорезистор 1, резистор 2 и источник 3 питания. Тензорезистор 1 соответствующим образом закреплен на роторе и соединен с элементами схемы, расположенными на статоре через токосъемные контакты 4-7 токосъемника. Устройство содержит также три повторителя 8-10 напряжения на операционных усилителях, дифференциальный усилитель 11, двухвходовой сумматор 12 напряжений и устройство 13 деления. Один вывод тензорезистора 1 через первый токосъемный контакт 4 соединен с общей точкой схемы, а через второй токосъемный контакт 5 с соответствующим выводом резистора 2 и входом третьего повторителя 10 напряжения, другой вывод тензорезистора 1 соединен с одним из полюсов источника 3 питания и входом первого повторителя 8 напряжения соответственно через третий 6 и четвертый 7 токосъемные контакты. Второй полюс источника 3 питания соединен со вторым выводом резистора 2 и входом второго повторителя 9 напряжения, выход которого соединен с прямым входом дифференциального усилителя 11, с инвертирующим входом которого соединен выход третьего повторителя 10 напряжения. Выход дифференциального усилителя 11 соединен с соответствующим входом устройства 13 деления и одним из входов сумматора 12 напряжений, с другим входом которого соединен выход первого повторителя 8 напряжения, а выход сумматора 12 напряжений соединен со вторым входом устройства 13 деления.

Устройство для измерения крутящего момента работает следующим образом.

При изменении сопротивления тензорезистора 1 в результате деформации соответствующих элементов ротора, напряжения на входах повторителей 8-10 напряжения относительно общей точки схемы с учетом их высокого входного сопротивления определяются соответственно выражениями где U1 - напряжение на входе повторителя 8; U2 - напряжение на входе повторителя 9; U3 - напряжение на входе повторителя 10; Е - ЭДС источника 3 питания; r1 - начальное значение сопротивления тензорезистора 1; r - информативное приращение значения сопротивления r1;
r2 - сопротивление резистора 2;
r3, r4 - переходные сопротивления токосъемных контактов 5 и 6 токосъемника.

Ввиду малости входных токов повторителей напряжения падением напряжения на токосъемном контакте 7 можно пренебречь. Поэтому сигналы на выходах повторителей 8, 9 и 10 напряжения соответственно равны



где U1* - напряжение на выходе повторителя 8;
U2* - напряжение на выходе повторителя 9;
U3* - напряжение на выходе повторителя 10;
k1, k2, k3 - коэффициенты передачи повторителей 8, 9 и 10 напряжения.

Сигналы U2* и U3* поступают соответственно на прямой и инверсный входы дифференциального усилителя 11, на выходе которого при k3=k2=1 получаем

где U4 - напряжение на выходе усилителя 11.

Сигналы (4) и (7) поступают соответственно на входы инвертирующего сумматора 12, на выходе которого при k1=k2=k3=1 и r1=r2 получаем

где U5 - напряжение на выходе сумматора 12.

Сигналы (7) и (8) поступают на соответствующие входы устройства 13 деления. Соответственно сигнал на его выходе, являющийся выходным сигналом устройства, определяется выражением

Данное устройство обладает рядом преимуществ по сравнению с известными аналогами и прототипом. Как видно из выражения (9), его функция преобразования является линейной и не зависит от нестабильности источника питания и параметров токосъемника. Применение данного изобретения повышает надежность и точность устройства за счет сокращения количества тензопреобразователей, устанавливаемых в жестких эксплуатационных условиях, сокращает количество каналов токосъемника для передачи информативных сигналов от тензопреобразователей в часть схемы, расположенную на статоре. Расширяются функциональные возможности, так как во многих случаях разместить более одного тензопреобразователя из-за недостатка места на роторе вообще невозможно. Вследствие использования одного тензопреобразователя устройство может быть использовано для измерения напряжений и деформаций на вращающихся валах, связанных не только с наличием крутящего момента, но и с другими явлениями, приводящими к деформациям элементов конструкций.


Формула изобретения

Устройство для измерения крутящего момента, содержащее последовательно включенные тензорезистор, резистор и источник питания, два повторителя напряжения на операционных усилителях, причем общие выводы тензорезистора и резистора соединены с общей точкой схемы, а другие их выводы через первый и второй повторители напряжения подключены к схеме обработки сигналов, содержащей двухвходовой сумматор напряжений и устройство деления, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено токосъемником с четырьмя токосъемными каналами, третьим повторителем напряжения на операционном усилителе и дифференциальным усилителем, причем один из выводов тензорезистора через первый токосъемный канал соединен с общей точкой схемы, а через второй токосъемный канал - с соответствующим выводом резистора и входом третьего повторителя напряжения, другой вывод тензорезистора соединен с одним из полюсов источника питания и входом первого повторителя напряжения соответственно через третий и четвертый токосъемные каналы, выход третьего повторителя напряжения соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, с прямым входом которого соединен выход второго повторителя напряжения, выход дифференциального усилителя соединен с соответствующим входом устройства деления и одним из входов сумматора напряжений, с другим входом которого соединен выход первого повторителя напряжения, а выход сумматора напряжений соединен со вторым входом устройства деления.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике измерения крутящих моментов между двумя соосными валами

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к автомобилестроению и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами в качестве устройства для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и используется для непрерывного бесконтактного измерения параметров вращающегося вала при определении эффективной мощности

Изобретение относится к области измерений кутящих моментов на тормозном валу, а также углов рассогласования вращающихся валов и может быть использовано в следящих приводах, а также для измерений мгновенных значений крутящих моментов в фиксированных положениях вращающегося вала

Изобретение относится к измерительной технике и может бытъ использовано для графического контроля характера неравномерности распределения в течение периода вращения крутящего момента активных и тормозящего момента пассивных вращающихся объектов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения или регулирования крутящего момента в установках со значительными располагаемыми и потребляемыми мощностями, например, на морских судах для измерения крутящего момента на валах гребных винтов, на валах прокатных металлургических станов, на валах несущего ротора вертолета, на валу газоперекачивающего агрегата, на валу редуктора турбо-винтового авиационного двигателя и т.д
Изобретение относится к бесконтактному измерению величины механического момента, передаваемого вращающимся валом, и может быть использовано для оценки эффективности работы двигателей силовых приводов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения крутящего момента на гребном валу (измерительный элемент, ведущий и ведомый узел) судового двигателя

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности, к устройствам преобразования углового перемещения антенны РЛС

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения крутящего момента

Изобретение относится к силоизмерительной технике и предназначено для измерения момента, в частности момента затяжки резьбовых соединений

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения сопротивления нагрузки в механизмах с вращающимся выходным валом

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в испытательных стендах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящих моментов на валах различных машин

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для контроля крутящего момента при свинчивании с помощью машинного ключа труб над устьем скважины

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вращающихся валов, таких как напряжение, деформация, а также крутящих моментов и мощности на валах

Наверх