Бесконтактный датчик для измерения крутящего момента Советский патент 1983 года по МПК G01L3/10 

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

Известен ( магнитоупорный датчик крутящего момента, содержащий три неподвижных кольцевых электромагнита с явно выраженными полюсами, расположенных концентрично с контролируемым участком вала, средний из которых несет на полюсах обмотки возбуждения, а крайние - измерительные обмотки, причем каждый электромагнит, несуший измерительные обмотки, снабжен числом полюсов вдвое большим, чем число полюсов электромах нита возбуждения С ЗОднако данное устройство имеет сложную конструкцию.

Наиболее близким к предлагаемому по технической суицюсти и достигаемому результату беск&нтактный датчик для измерения крутящего момента, содержащий упругий ферромагнитный вал и кольцевой статор с явно выраженными полюсами, на которых размещены катушк возбуждения, запитанные переменным током, и П образными сердечниками, расположен- ными между полюсами вдоль оси вала, на которых размещены измерительные катушки 2..

Известный датчик не обеспечивает требуемой чувствительности и, кроме того, при его использовании требуется измерение двух параметров - величины выходного напряжения ифазы, что усложняе измерение знакопеременного крутящего момента.

Цель изобретения - повыщение чувствительности и упрощение измерения знакопеременного крутящего момента.

Указанная цель дост51гается тем, что в бесконтактнь1й датчик для измерения крутящего момента, содержащий упругий ферромагнитный вал и кольцевой статор с явно выраженными полюсами, на которых размещены катушки возбуждения, запитанные переменным током, и П-обраэными сердечниками, расположенными между полюсами вдоль вала, на которых размещены измерительные катушки, достигается за счет того, введены соединительные последовательно с катущками возбуждения фазосдвигающие блоки.

На фиг. 1 представлен предлагаемый датчик; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 на фш% 3 - развертка статора датчика;; на фиг. 4 - электрическая схема датчика на фиг. 5-7 - векторные диаграммы, поясня1ощие его работу.

Бесконтактный датчик для измерения крутящего момента (фиг. 1) содержит упругий вал 1, выполненный из ферромаг нитного материала, и магнитоупорный преобразователь, состоящий из кольцевого статора 2 с явно выраженными полюсами (фиг. 2), на которых размещены катушки 3 возбуждения, запитанные переменным током от генератора 4 (фиг. 3), и П-образных сердечников 5, расположенных между полюсами вдоль оси вала, на котоpiytx размещены измерительные катушки 6, Катушки 3 возбуждения подключены к генератору 4 через фазосдвигающие блоки 7.

Принцип работы датчика поясняется на фиг. 4-6/где рассматривается рабочий процесс в элементе датчика, состоящем из двух возбуждающих и двух измерительных полюсов с кат5шками, и участка вала.

На фиг. 4-6 приняты следующие обозначения: 1,2 и 3, 4 - проекции соответст-. венно возбуждающих и измерительных . ов на поверхности участка вала; ,4 j ,2)

ЭДС, возникающая в -j- измерительной катушке и обусловленная взаимной индукцией с :)-й возбуждающей катушкой; (i 3,) - приращение ЭДС ;, возникающее при действии момента ( ,4) - результирующая ЭДС в i -и катушке, обусловленная взаимной индукцией с обеими возбуждающими катушками; изменение фазы ЭДС,-в -i-й измерительной катушке при действии момента; Ч- сдвиг фаз мещ1у токами возбу дающих катушек.

По соседним катушкам возбужд ения 1 и 2 протекают синусоидальные токи, амплитуды которы х равны, а фазы сдвинуты на угол f . При отсутствии крутящего момента, в си- , /ly симметрии Едв измерительных катушках совпадают по амплотуде и по фазе.

При приложении к валу положительного момента (фиг, 4) участки вала 1-3 и 24 растягиваются, при этом магнитная проницаемость этих участков увеличивает

ся, вызывая повышений. величинуЛЕ и дЕдг соответственно. Участки вала 1-4 и 2-3 сжимаются, при этом ЭДС Ед и Еал уменьшаются на величину дЕ и ЛЕэа соответственно. Результирующие ЭДС Б и Е измерительных катушек 3 и 4 определяются векторным суммированием соответствующих составляющих. Из фиг. 4 следует, что сдвиг фаз между ЭДС и ЕЛ тем больше, чем больше величина приращений соответствующих составляю-. щих, а значит и крутящего момента.

При приложении 1футяшего момента обратного /направления сдвиг фаз между ЭДС и 64 нКАеет другой знак н также возрастает увеличение момента (фиг. 5), разность фаз. ЭДС, наведенных в взмерительных катушка с 3 и 4, несет в себе информацию о знаке крутящего момента и его величине (фиг. 6).

Отмечается также увеличение чувствительности измерения крутящих моментов при приближении сдвига фаз между ток ми в соседних возбуждающих катушкак к

180. Теоретически приЧ 18 б увст вительность предлагаемого устройства стр©

мигсяк бесконечности, поскольку при мал@Ашем изменении направления действия крутяшё го момента фазы выходныхсигналов измерительных катушек меня:отся на ISO.

Однако, оптимальным является сдвиг фаз между токами в соседних возбуждающих катушках ,

Исхсользование последовательно соединенных с катушками возбуждения фазосдв гаюших блоков позволяет повысить чувстг вительность датчика и упростить изм ние знакопеременного грутящего моме та.

БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащий упругий ферромагнитный вал и кольцевой статор с явно вырйаженн ными полюсами, на которых размещены катущки возбуждения, эалиганные переменным током, и П-образными сердечниками, расположенными между полюсами вдоль оси вала, на которых размещены измерительные катушки, отличающий с я тем, что, «а целью повышения чувствительности и упрощения измерения знакопеременного крутящего момента, в него введень соединенные последовательно с катущками возбуждения фазосдвигаг ющие блоки. .

Я ф-зфзйз

- 3 2 3

ФУ2.