Устройство для измерения крутящего момента

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Cows Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 05.04.72 (21) 1768791/18-10 с присоединением заявки № (51) М. Кл. 6 Oll 3/10

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 531.781(088.8) Опубликовано 15.09.74. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 14.04.75 (72) Авторы изобретения

В. Н. Шашков, В. Н. Бауман и О. Ф. Бирюков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Государственный комитет (32) Приоритет

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на валах прокатных станов, судов, станков или иных машин.

Известные устройства для измерения крутящего момента, содержащие измерительные кольца с укрепленными обмотками индуктивных преобразователей и штангой, токосъемник, состоящий из токосъемного кольца, связанного со щеткой, расположенной в щеткодержателе, измерительные трансформаторы и источник питания, недостаточно точны.

Для повышения точности измерения предлагаемое устройство снабжено коммутатором, выполненным в виде четырех полупроводниковых диодов, два из которых, включенные противоположно, одними своими концами соединены с землей, а другими — с обмотками индуктивных преобразователей, которые соединены через токосъемник и емкость с источником питания, причем первичные обмотки измерительных трансформаторов одними своими концами через емкости подключены к источнику питания, а вторыми — подключены через два других полупроводниковых диода, смонтированных на неподвижной панели и включенных противоположно на землю, и двумя полупроводниковыми выпрямительными мостами с дифференциально включенными интегрирующими цепями, связанными со вторичными обмотками измерительных трансформаторов.

На фиг. 1 изображено описываемое устройство; на фиг. 2 — его принципиальная электри5 ческая схема.

На валу 1 установлены токосъемное кольцо

2, которое изолировано от вала, измерительное кольцо 3, имеющее отверстия, с закрепленными сердечниками 4, 5 с обмотками индуктив10 ных преобразователей и полупроводниковыми диодами D, Ds, измерительное кольцо 5, на котором закреплены штанги 6. Кольцо 5 может быть ослаблено и может поворачиваться относительно второго кольца 3. Щеткодержа15 тель с щетками 7 служит для подвода питания к индуктивным преобразователям. Обмотки индуктивных преобразователей 8, 9 одними своими концами подсоединены к токосъемному кольцу 2, а вторыми концами через полу20 проводниковые диоды D>, Ds подсоединены на землю.

На фиг. 2 обозначены: L>, L2 — индуктивности обмоток индуктивных преобразователей;

Ds, D4 — полупроводниковые диоды; Тр, Tp), 25 Тр — силовой и два измерительных трансформаторы; Сь Cs, Сз, С4 — конденсаторы;

Вь В2 — полупроводниковые выпрямительные мосты; R>, Rs, Rs — резисторы; U, — напряжение питания. Измерительный прибор 10, от30 градуированный в единицах крутящего момен443267

30

60 та, служит для показаний крутящего момента. Напряжение питания со вторичной обмотки силового трансформатора Тр подводится через конденсаторы Сь С одним концом к средней точке первичных обмоток измерительных трансформаторов Трь Тр>, а другим концом — к щеткодержателю 7 и через токосъемное кольцо 2 к средней точке обмоток индуктивных преобразователей 8, 9 1.ь L . Введенный в схему питания полупроводниковый коммутатор, состоящий из диодов Вь Dz, D, 04, из которых диоды D„D установлены непосредственно на вращающемся валу, а диоды D, D находятся в неподвижной части схемы, обеспечивает прохождение одного полупериода питающего напряжения через конденсаторы С, С, щетку щеткодержателя 7, токосъемное кольцо 2, обмотку индуктивного преобразователя 1, диод D, землю, диод D> и первичную обмотку измерительного трансформатора Тр и второго полупериода по цепи, состоящей из конденсаторов Сь С, щетку, токосъемное кольцо 2, обмотку индуктивного преобразователя Lq, диод D, землю, диод D. и первичную обмотку измерительного трансформатора Тр .

При отсутствии нагрузки на валу воздушные зазоры oi u oq в магнитных цепях индуктивных преобразователей равны между собой, а следовательно, равны и реактивные сопротивления обмоток L>, L>. Поэтому падения напряжения на первичных обмотках измерительных трансформаторов Тр„Тр, оказываются одинаковыми, следовательно, и выпрямленные с помощью полупроводниковых мостов

Вь В> напряжения с их вторичных обмоток, которые возникают на интегрирующих цепочках Я С и RzC4, будут равны, Поскольку эти напряжения включены между собой дифференциально, то сигнал на измерительном сопротивлении R будет равен нулю.

Вследствие деформации скручивания вала под действием крутящего момента измерительное кольцо 3 поворачивается на некоторый зависящий от крутящего момента угол относительно измерительного кольца о, Поскольку штанга 6 жестко закреплена одним концом на измерительном кольце о, то она перемещается относительно измерительного кольца

3 и тем самым увеличивает воздушный зазор в магнитной цепи одного из индуктивных преобразователей и одновременно уменьшает воздушный зазор в магнитной цепи другого индуктивного преобразователя. Следовательно, реактивное сопротивление обмотки первого индуктивного преобразователя уменьшается, а второго — увеличивается.

Уменьшение реактивного сопротивления обмотки первого индуктивного преобразователя увеличивает напряжение на первичной обмотке включенного последовательно с ним через диоды измерительпого трансформатора, и напряжение ия его интегрирующей цепи повышается. Увеличение реактивного сопротивления обмотки второго индуктивного преобразователя, наоборот, понижает напряжение на первичной обмотке включенного с ним через диоды измерительного трансформатора, и напряжение на его интегрирующей цепи понижается. Следовательно, на измерительном сопротивлении Rp возникает зависящее от крутящего момента падение напряжения, которое будет измерено вторичным прибором 10.

Уменьшение шума, создаваемого токос.ьемным устройством, накладываемого на сигнал измерения крутящего момента, осуществляется, во-первых, за счет распределения влияния переменного контактного сопротивления с помощью полупроводникового коммутатора на обе измерительные цепи, усреднения этого влияния на интегрирующих цепях и, благодаря дифференциальному включению напряжений с интегрирующих цепей, вычитанию усредненного значения из сигнала измерения. Вовторых, благодаря подключению напряжения питания через два конденсатора CI, C> создается разрыв цепи для напряжения постоянного тока и, тем самым, полностью устраняется воздействие постоянной составляющей помехи, вызванной э.д.с. трения щеток о токосъемное кольцо, на сигнал измерения.

Предмет изобретения

Устройство для измерения крутящего момента, содержащее два измерительных кольца, на одном из которых укреплены сердечники с обмотками индуктивных преобразователей, а на другом — штанги, проходящие через отверстия в первом кольце, токосъемник, в виде токосъемного кольца, связанного со щеткой, расположенной в щеткодержателе, измерительные трансформаторы, первичные обмотки которых соединены с обмотками индуктивных преобразователей, и источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено коммутатором, выполненным в виде четырех полупроводниковых диодов, два из которых, включенные противоположно, одними своими концами соединены с землей, а другими — с обмотками индуктивных преобразователей, которые соединены через токосъемник и емкость с источником питания, причем первичные обмотки измерительных трансформаторов одними своими концами через емкости подключены к источнику питания, а вторыми — подключены через два других полупроводниковых диода, смонтированных на неподвижной панели и вклю-. ченных противоположно, на землю, и двумя полупроводниковыми выпрямительными мостами с дифференциально включенными интегрирующими цепями, связанными со вторичными обмотками измерительных трансформаторов,