Устройство для измерения крутящего момента Советский патент 1984 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к измерительйой технике и может быть использовано для измерения.крутящего момелта на вращакшщхся валах. Изйестны устройства для измерения крутящего момента, содержащие .преобразователь момента в электрический сигнал, размещенный на валу и контактный токосъемник СП, Недостатком известных устройств является влияние колебаний переходных сопротивлений скользящих контак тов на выходной сигнал. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения крутящего момента, содержащее преобразователь крутящего момента в электрический сигнал, размещенный на вращакщемся валу и подключенньй к источнику питания, контактные токосъемники и оп рационный усилитель с отрицательно обратной связью С21. В известном устройстве устранено влияние на входной сигнал переходног сопротивления контактного токосъемни ка, осуществляющего .съем сигнала с преобразователя, однако отсутствует компенсация по секциям токосъёма, обеспечиванлцим питание преобразователя . Цель изобретения - повьшение точ ности Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем преобразователь крутящего момента в элект рический сигнал, размещенный на вращакщемся валу и подключенный к источ нику питания, контактные токосъемники и операционный усилитель с отри цательной обратной связью, неподвижная часть каждой секции контактньк токосъемников, обеспечивающих питани преобразователя, вьлолнена в виде двух отдельных электрически изолированных скользящих контактов, один из которых подключен к выходу операционного усилителя,а другой к его инвертирующему входу, а неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к соответствующему полюсу источника питания, при этом количество секций токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, и количество операционных усилителей равно количество полюсов источника питания. На фиг. 1 дана структурная схема устрбйсТва; на фиг. 2 - электри901ческая схема устройстваiна фиг. 3 схема, поясняющая принцип работы устройства. Устройство состоит из вращающегося вала 1, на котором закреплен тензопреобразователь 2 и смонтированы три электрически изолированные сек- ции 3-5 подвижной части контактного токосъемника, представляющие собой стальные кольца с канавкой. Те«зопреобразоватёль 2 подключается к соответствукицим токосъемньм кольцам, установленным на изоляторе, который закрепляется на валу 1. Неподвижная часть каждой секции токосъема состоит из двух электрически изолированных контактов 6,7 и 8,9 и одного контакта 10. Контакты 6-10 могут быть изготовлены из стальных проволок диаметром 0,25-0,45 мм, собранных в пучок, которьй одним концом установлен в узле крепления, а другим, свободным, скользит по канавке кольца токосъемника. Узлы крепления контактов 6 и 7,8 и 9 электрически изолированы и служат для подачи питания тензопреобразователю с неподвижной части устройства на вращающийся вал. Необходимость в попарной изоляции контактов 6, 7 и 8,9 определена схемой компенсации колебаний величины переходных сопротивлений скользящих контактов, через которые осуществляется питание тензопреобразователя. Схема компенсации колебаний ве41ичины переходных сопротивлений скальзящх контактов содержит два операционных у&илителя 11, 12,между инвертирующи- . ми входами и выходами которых включены соответствующие пары контактов 6 и 7, 8 и 9. Неинвертирующие входы операционных усилителей 11, 12 подключены к полюсам источника питания 13. Колебаниями сопротивления переходного контакта 10 можно пренебречь, если его подключить к входу измерительного усилителя 14, имеющего большое входное сопротивление ( ). Узлы крепления контактов устанавливаются на одной планке, которая в собранном виде монтируется на корпусе устройства так, чтобы свободные концы пучков стальных проволок расположились в канавках соответствующих секций вращающейся части токосъема . 3При использовании схемы тензопреобразователя из четырех тензорезисторов, образующих полный мост, достаточно установить дополнительну секцию токосъемника с одним контактом для снятия второго полюса инфор мационного сигнала. Устройство работает следуюпщм образом. Крутящий момент, передаваемый вращающимся валом 1, вызывает его скручивание. Деформация кручения воспринимается т нзопреобразоватёлем 2, который вьщает электрический сигнал, пропорциональный величине деформации, а равно,крутящему моменту. Этот сигнал через кольцо 3, контакт 10 секций съема информацио ного сигнала токосъема подается на высокоомный вход измерительного усилителя 14, к выходу которого может быть подключен любой измерительный прибор, например вольтметр, аналого-цифровой преобразователь и др, .. Питание тензопреобразователя 2 осуществляется от.источника питания 13 через схему компенсации изменени переходного сопротивления скользяще го контакта токосъема, содержащую усилители 11, 12, контакты 6,7 и 8,9 и соответствующие кольца 4,5, Рассмотрим схему (фиг, 3), поясняющую принцип работы схемы стабили зации напряжения на вращающейся час ти, На схеме условно второй потенциал источника питания заземлен. Переменные резисторы .ц и Й,. явля ются эквивалентами изменяющихся сопротивлений контактных токосъемов соответственно 7-4 и 6-4, Резистор Й-Н является эквивалентом внутренне го сопротивления преобразователя 2, Изменение сопротивления , приводи к изменению тока . 3 Л„ + в , а следовательно, изменению падения напряжен1€Я на резисторе (, Так как операционный усилитель 11 имеет высокое входное сопротивление (порядк 0 . 4 нескольких мегаом), ток Лв практически равен нулю, благодаря чему колебанием сопротивления /Се-/ (доли оМа) можно пренебречь. Тогда изменение напряжения в точке А практически без искажений подается на инвертирующий вход операционного усилителя 11, который изменяет свое выходное напряжение (j,- таким образом, чтобы скомпенсировать изменение напряжения в точке А, Следовательно, напряжение на нагрузке Й« , т,е, напряжение питания датчика, застабилизировано независимо от Колебаний переходного сопротивления контактных токосъемов 7-4 и 6-4, Таким образом, для стабилизации питающего напряжения на вращающейся части необходимо два контакта на каждой секции, подающей потенциал от источника питания. Количество секций,- обеспечивающих питание преобразоватепя, может быть равным количеству полюсов источника питания преобразователя, Таким образом, напряжение питания тензопреобразователя остается постоянным несмотря на .изменения переходных сопротивлений скользящих контактов контактного токосъемного устройства. Применение схемы компенсации изменения переходных сопротивлений скользящих контактов дает возможность при нежестких требованиях к электрическим параметрам скользящих контактов (колебания их сопротивления до десятков Ом) получить высокие метрологические характеристики датчика крутящего момента (приведенная погрешность не превышает 1%), Невысокие требования к электрическим параметрам контактов дают свободу в выборе конструкции токосъема и механических свойств материалов контактных пар с целью значительного повышения износостойкости токосъема в широком диапазоне скоростей, упрощения и снижения габаритов устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащее преобразователь крутящего момента в электрический сигнал, размещенный на вращакмдемся валу и подключенный к источнику питания, контактные токосъемники и операционный усилитель с отрицательной обратной связью, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в нем неподвижная часть каждой секции контактных токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, выполнена в биде двух отдельных электрически изолированных скользящих контактов, один из которых подключен к выходу операционного усилителя, а другой к его инвертирующему входу, а неинвертирующий вход операционного усилителя § подключен к соответствующему полюсу источника питания, при этом количество секций токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, и количество операционных усилителей равно количеству полюсов источника питания. 00 О) со