УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Российский патент 2015 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента на вращающихся валах машин и механизмов.

Известно устройство бесконтактного измерения крутящего момента, содержащее ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающей обмоткой трансформатора, вращающей пластиной конденсатора емкостной связи и статора с первой неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, входом через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижную обмотку трансформатора и электронного блока обработки информации, с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой, выход усилителя подключен ко входу модуля измерения крутящего момента, модуль измерения частоты вращения, конденсатор емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора относительно статора несколько раз за один оборот ротора от минимального до максимального значения, первая неподвижная пластина конденсатора связи через первый детектор подключена ко входу модуля измерения частоты вращения блока обработки информации (см. патент RU №2428666).

Недостатком указанного устройства является недостаточно широкие функциональные возможности, так как отсутствует возможность измерения направления вращения на контролируемых валах машин и механизмов.

Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности измерения направления вращения.

Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве бесконтактного измерения крутящего момента, содержащем ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающей обмоткой трансформатора, вращающей пластиной конденсатора емкостной связи и статор с первой неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилителем импульсов, входом через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижную обмотку трансформатора и электронного блока обработки информации, с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой, выход усилителя подключен ко входу модуля измерения крутящего момента, модуль измерения частоты вращения, конденсатор емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора относительно статора несколько раз за один оборот ротора от минимального до максимального значения, первая неподвижная пластина конденсатора связи через первый детектор подключена ко входу модуля измерения частоты вращения блока обработки информации, конденсатор связи выполнен дифференциальным, вторая неподвижная пластина которого подключена ко входу второго детектора, а электронный блок обработки информации снабжен модулем определения направления вращения, первым входом подключенного к выходу первого детектора, а вторым входом - к выходу второго детектора.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для бесконтактного измерения крутящего момента, на фиг.2 - развертка вращающей пластины конденсатора емкостной связи, на фиг.3 - диаграмма напряжений на неподвижных пластинах конденсатора емкостной связи.

Устройство бесконтактного измерения крутящего момента содержит ротор 1 с размещенными на нем тензомостом 2, преобразователем 3 напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором 4, вращающей обмоткой 5 трансформатора 6, вращающей пластиной 7 конденсатора 8 емкостной связи и статора 9 с первой неподвижной пластиной 10 конденсатора 8 емкостной связи, усилитель 11 импульсов, входом через конденсатор 8 емкостной связи подключенный к преобразователю 3 напряжения в частоту, неподвижную обмотку 12 трансформатора 6 и электронного блока 13 обработки информации, с модулем 14 измерения крутящего момента, преобразователь 3 напряжения в частоту и усилитель 11 импульсов электрически соединены между собой общей массой, выход усилителя 11 подключен ко входу модуля 14 измерения крутящего момента, модуль 15 измерения частоты вращения, конденсатор 8 емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора 8 связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора 1 относительно статора 9 несколько раз за один оборот ротора 1 от минимального до максимального значения, первая неподвижная пластина 10 конденсатора 8 связи через первый детектор 16 подключена ко входу модуля 15 измерения частоты вращения блока 13 обработки информации, модуль 17 определения направления вращения и второй детектор 18, конденсатор 8 емкостной связи выполнен дифференциальным, вторая неподвижная пластина 19 которого подключена ко входу второго детектора 18, выходом подключенного к второму входу модуля 17 определения направления вращения, первым входом подключенного к выходу первого детектора 16.

Устройство бесконтактного измерения крутящего момента работает следующим образом.

Устройство устанавливают между приводным механизмом и валом, на котором необходимо произвести измерение крутящего момента, и включают механизм в работу.

Одновременно с блока 17 питания на неподвижную катушку 12 трансформатора 6 подают переменное напряжение. При этом переменное напряжение появляется на вращающейся обмотке 5 трансформатора 6.

Это напряжение поступает на вход выпрямителя-стабилизатора 4, на выходе которого появляется постоянное напряжение, которое поступает на вход тензомоста 2 и на вход питания преобразователя 3 напряжения в частоту (не указано).

При возникновении на валу крутящего момента на выходе тензомоста 2 ротора 1 появляется электрическое напряжение, величина которого пропорциональна величине крутящего момента.

Это напряжение поступает на вход преобразователя 3 напряжения в частоту. Преобразователь 3 напряжения в частоту осуществляет преобразование напряжения в частоту, пропорциональную величине крутящего момента.

Это напряжение переменной частоты через конденсатор 8 емкостной связи поступает на вход усилителя 11. С выхода усилителя 11 усиленное напряжение поступает на модуль 14 измерения крутящего момента блока 13 обработки информации.

Модуль 14 производит обработку поступающего на вход переменного напряжения и выдает информацию о величине крутящего момента.

Так как емкость конденсатора 8 связи меняется в зависимости от угла поворота ротора 1 относительно статора 9, то происходит модуляция амплитуды напряжения с выхода преобразователя 3 напряжения в частоту на неподвижной пластине 10 конденсатора 8 связи в зависимости от угла поворота ротора 1. При этом период частоты модуляции пропорционален периоду частоты вращения ротора. При этом если измерять частоту огибающей напряжения на неподвижной пластине 10 конденсатора 8, то можно измерять частоту вращения ротора 1.

Огибающая напряжение на неподвижной пластине 10 конденсатора 10 выделяется детектором 16 и поступает на вход модуля 15 измерения частоты вращения.

Модуль 15 производит обработку поступающего напряжения и выдает информацию о частоте вращения ротора 1.

Так как конденсатор 8 связи выполнен дифференциальным,

то при повороте на угол емкость конденсатора, образованного вращающей пластиной 7 и неподвижной пластиной 10, будет возрастать, а емкость конденсатора, образованного вращающейся пластиной 7 и неподвижной пластиной 19, будет уменьшаться. Это приводит к тому, что на неподвижных пластинах 10 и 19 появляется напряжение с выхода преобразователя 3, модулированное по амплитуде, причем огибающая напряжения на пластине 10 сдвинута относительно огибающей на пластине 19 на угол 90 градусов. Детекторами 16 и 18 выделяется огибающая напряжения на пластинах 10 и 19. Напряжения с выходов детекторов 16 и 18 поступают на входы модуля 17 определения направления вращения. При этом если ротор 1 вращается по часовой стрелке, то напряжения с выхода детектора 16 опережают напряжение с выхода детектора 18 на 90 градусов, а если ротор 1 вращается против часовой стрелки то напряжение с выхода детектора 16 отстает от напряжения на выходе детектора 18 на 90 градусов. Модуль 17 проводит обработку сигналов на входах 1 и 2 с выходов детекторов 16 и 18 и выдает информацию о направлении вращения ротора 1. Выполнение в устройстве бесконтактного измерения крутящего момента, содержащее ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающей обмоткой трансформатора, вращающей пластиной конденсатора емкостной связи и статора с первой неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, входом через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижную обмотку трансформатора и электронного блока обработки информации, с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой, выход усилителя подключен ко входу модуля измерения крутящего момента, модуль измерения частоты вращения, конденсатор емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора относительно статора несколько раз за один оборот ротора от минимального до максимального значения, первая неподвижная пластина конденсатора связи через первый детектор подключена ко входу модуля измерения частоты вращения блока обработки информации, конденсатора связи дифференциальным, вторая неподвижная пластина которого подключена ко входу второго детектора, а электронный блок обработки информации снабжен модулем определения направления вращения, первым входом подключенного к выходу первого детектора, а вторым входом к выходу второго детектора, позволило расширить функциональные возможности устройства путем определения направления вращения на контролируемых валах машин и механизмов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента на вращающих валах машин и механизмов. Устройство содержит ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающей обмоткой трансформатора, вращающей пластиной конденсатора емкостной связи и статор с первой неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, входом через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижную обмотку трансформатора и электронного блока обработки информации, с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой. Выход усилителя подключен ко входу модуля измерения крутящего момента. Конденсатор емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора относительно статора несколько раз за один оборот ротора от минимального до максимального значения, первая неподвижная пластина конденсатора связи через первый детектор подключена ко входу модуля измерения частоты вращения блока обработки информации, конденсатор связи выполнен дифференциальным, вторая неподвижная пластина которого подключена ко входу второго детектора, а электронный блок обработки информации снабжен модулем определения направления вращения, первым входом подключенного к выходу первого детектора, а вторым входом к выходу второго детектора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет возможности измерения направления вращения. 3 ил.

Устройство бесконтактного измерения крутящего момента, содержащее ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающей обмоткой трансформатора, вращающей пластиной конденсатора емкостной связи и статора с первой неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, входом через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижную обмотку трансформатора и электронного блока обработки информации, с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой, выход усилителя подключен ко входу модуля измерения крутящего момента, модуль измерения частоты вращения, конденсатор емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора относительно статора несколько раз за один оборот ротора от минимального до максимального значения, первая неподвижная пластина конденсатора связи через первый детектор подключена ко входу модуля измерения частоты вращения блока обработки информации, отличающееся тем, что конденсатор связи выполнен дифференциальным, вторая неподвижная пластина которого подключена ко входу второго детектора, а электронный блок обработки информации снабжен модулем определения направления вращения, первым входом подключенного к выходу первого детектора, а вторым входом - к выходу второго детектора.