Устройство бесконтактного измерения крутящего момента полого вала

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано при разработке средств измерения крутящего момента, в частности, полых валов. Устройство содержит полый ротор с размещенными тензомостом, преобразователем, выпрямителем-стабилизатором, вращающейся обмоткой трансформатора, статор, неподвижную обмотку трансформатора и электронный блок обработки. Статор имеет усилитель импульсов, связанный с преобразователем емкостной связью. При этом тензомост, преобразователь и выпрямитель-стабилизатор расположены внутри полого ротора. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства, точности и снижении вероятности повреждения тензомоста. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при разработке аппаратуры для контроля и измерений крутящего момента полого вала.

Известны устройства для измерения крутящего момента (см. АС СССР №538247 от 03.09.75 г., кл. МКИ G 01 L 3/10).

Недостатком данного устройства является недостаточная надежность его работы при повышенных оборотах вала.

Известно устройство бесконтактного измерения крутящего момента (см. информационно-аналитический журнал "Газотурбинные технологии" выпуск №5 (26), 2003 г. стр.34-35 - прототип), включающее вал, содержащий тензомост, преобразователь напряжения в частоту, вращающуюся обмотку трансформатора, выпрямитель и статор с расположенным на нем усилителем импульсов, неподвижной обмоткой трансформатора, электронного блока обработки информации, причем усилитель импульсов и преобразователь связаны емкостной связью.

Недостатком известного устройства является недостаточная надежность работы устройства при повышенных оборотах вала, когда закрепленные на поверхности вала тензодатчики тензомоста вследствие центробежных сил начинают существенно деформироваться от этих сил (а не только от действия действующего на вал крутящего момента) и отслаиваться вплоть до разрушения. Особенно остро эта проблема стоит для валов большого диаметра, когда линейные скорости при вращении весьма значительны.

Целью предлагаемого технического решения является устранение указанного недостатка, повышение точности и надежности работы устройства и снижение вероятности повреждения тензомоста.

Указанная цель достигается тем, что в известном техническом решении, содержащем полый вал с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающейся обмоткой трансформатора, и статор, имеющий усилитель импульсов, связанный с преобразователем емкостной связи, неподвижную обмотку трансформатора и электронный блок обработки информации, тензомост, преобразователь и выпрямитель-стабилизатор расположены внутри полого вала, причем на внутренней поверхности вала выполнена канавка, в которой расположен тензомост, а преобразователь и выпрямитель-стабилизатор расположены симметрично относительно оси вала, при этом толщина стенки вала в канавке выполнена такой, что касательное напряжение τ вала в месте наклейки датчиков тензомоста составляет 4-15 кгс/мм².

При таком расположении тензомоста возникающие при вращении вала центробежные силы прижимают его датчики к стенке вала, исключая возможность растягивания, отслаивания, деформации и выхода из строя этих датчиков.

Схема предлагаемого технического решения представлена на фиг.1, 2, где:

1. Тензомост

2. Преобразователь

3, 4. Пластины конденсатора

5. Усилитель импульсов

6. Электронный блок обработки информации

7. Выпрямитель-стабилизатор

8. Вращающаяся обмотка трансформатора

9. Неподвижная обмотка трансформатора

10. Генератор переменного тока

11. Канавка

А - вал

Б - статор.

На внутренней поверхности вала А выполнена канавка 11, в которой размещен тензомост 1, одна из диагоналей которого имеет электрическую связь с входом преобразователя 2, размещенного симметрично относительно оси вала на фланце.

Вторая диагональ тензомоста соединена с выходом выпрямителя-стабилизатора 7, вход которого, в свою очередь, соединен с вращающейся обмоткой 8 трансформатора, имеющей индуктивную связь с неподвижной обмоткой 9, связанной с генератором переменного тока 10. Выход преобразователя 2 посредством емкостной связи 3, 4 соединен с электронным блоком обработки информации 6 через усилитель импульсов 5, который вместе с неподвижной обмоткой 9 расположен на статоре Б.

Устройство начинает функционировать при подаче напряжения питания U_пит на генератор переменного тока.

Вырабатываемый генератором 10 переменный ток возбуждает электромагнитное поле в неподвижной обмотке 9, которое наводит во вращающейся обмотке 8 напряжение, подаваемое в выпрямитель-стабилизатор 7, где оно выпрямляется, стабилизируется и подается на тензомост 1.

При нагружении вала происходит его деформация вместе с расположенными внутри тензодатчиками тензомоста, который в зависимости от этой деформации вырабатывает напряжение разбаланса, подаваемое на преобразователь 2. Это напряжение преобразуется в нем в частотный сигнал, который посредством емкостной связи 3, 4 поступает на вход усилителя импульсов 5 и далее в электронный блок обработки информации.

Поскольку тензомост 1 расположен на внутренней поверхности вала, то практически отсутствует деформация его датчиков за счет центробежных сил, возникающих при высоких оборотах вала (даже если его диаметр имеет большие размеры), что приводит к повышению надежности и точности измерений крутящего момента.

Расположение преобразователя 2 на оси симметрии вала улучшает балансировку вала, что также положительно влияет на работу устройства.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволит повысить надежность и точность измерений крутящего момента полого вала.

1. Устройство бесконтактного измерения крутящего момента полого вала, содержащее полый вал с размещенным тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающейся обмоткой трансформатора и статор, имеющий усилитель импульсов, связанный с преобразователем емкостной связью, неподвижную обмотку трансформатора, связанную с генератором переменного тока, электронный блок обработки информации, причем тензомост, преобразователь и выпрямитель-стабилизатор расположены внутри полого вала, для чего на внутренней поверхности вала выполнена канавка, в которой расположен тензомост, преобразователь напряжения в частоту и выпрямитель-стабилизатор расположены симметрично относительно оси вала, а вращающаяся обмотка трансформатора связана с неподвижной обмоткой индуктивной связью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина стенки вала в канавке выполнена такая, что касательное напряжение τ=4-15 кгс/мм².