Магнитоупругий способ измерения крутящего момента и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01L3/10 

.1 Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящег момента, передаваемого вращающимся ферромагнитным валом. Известны магнитоупругий способ и устройство измерения крутяЕ его момента, которые основаны на деформации циркулярного магнитного потока, создаваемого внутри вала, при пропу кании вдоль его оси переменного эле рического тока и измерении перпенди кулярной составляющей магнитного потока с помощью цилиндрической обм ки, сооснои с валом Недостатком способа и устройства является трудность реализации, связанная с необходимостью подвода ток к вращающемуся валу. Наиболее близким по технической СУ1ДНОСТИ к предлагаемому является 5aгнитoyпpyгий способ измерения кру тящего момента, заключающийся в намагничивании основного участка конт лируемого ферромагнитного вала по всей его поверхности переменнь М маг нитным полем, направленным вдоль оси вала 2j , Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее кольцевой магнитопровод с первым и вторым бок BbD-ffl (}м1анцами, расположенными концентрично контролируемому ферромаг нитному валу, и основную систему на ма.гничивающих катушек, соединенных между собой согласно и размещенных между фланцами на ферромагнитных стержнях, оси которых параллельны оси вала и расположены по окружност концентричной валу з.. Недостатком -известного способа и реализующего его устройства является низкая точность измерения, обусловленная влиянием осевых усилий,. Кроме того способ и устройство не обладают чувствительностью к измене нию знака крутящего момента. Цель изобретения - цовьшение точ ности измерения путем устранения влияния осевых усилий. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения крутящего момента, заключающемуся в намагничивании основного участка контролируемого --ферромагнитного вала по всей его поверхности пере™ манным магнитным полем, направленны 403 вдоль оси вала, дополнительно ничивают в противофазе с основным соседний участок контролируемого ферромагнитного вала, измеряют по краям каждого участка разность потенциалов перпендикулярной оставляющей ЭДС индукции вихревых Токов, а о величине крутящего момента судят по сумме разности потенциалов обоихс участков. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения крутящего момента, содержащем кольцевой магнитопровод с первым и вторым боковыми фланцами, расположенными концентрично контролируемому ферромагнитному валу, и основную систему намагничивающих катушек,, соединенных между собой согласно и размещенных между фланцам .,на ферромагнитных стержнях, оси которых . параллельны оси вала и расположены по окружности, концентричной валу, введены третий фланец, дополнительная, аналогичная основной, система намагничивающих катушек, размещенная между вторым и третьим фланцами и соединенная встречно с основной системой, три токопроводящих кольца, размещенных на валу напротив соответствующих фланцев, две кольцевые антенны, жестко закрепленные на валу и две неподвижные антенны, выполненные в виде тороидов Г -образного Сечения, внутри которых расположены соответствующие кольцевые антенны, при этом крайние токопроводящие кольца электрически связага с одной кольцевой антенной, а среднее - с другой кольцевой антенной. На чертеже представлено устройств во. Соосно с контролируемым ферроманнитным валом 1 размещен магнитопровод, состоящий из трех кольцеобразных фланцев 2-4, соединенных между собой ферромагнитными стержнями 5, равномерно распределенными по окружности концентричной валу (показаны только четыре: из них). Фланцы и стержни выполняются из магнитомягкого материала. На стержнях 5 размещены идентичные намагничивающие катушки. Все катушки, расположенные между фланцами 2 и 3, образуют основную систему намагничивающих катушек, а между фланцами 3 и 4 - дополнительную. Внутри каждой системы на- i магничивающие катушки включены согласно, а системы между собой йстречно и через резистор 6 подсоединены к источнику 7 переменного тока. Под фланцами (можно и рядом с ними), на контролируемом валу, жестко закреплены кольца 8-10 из токопроводящего материала, плотно прилегаюпще к валу. Кольца 8 и 10 в элект рическом отношении закорочены между |Собой. Кроме того на валу жестко закреплены две подвижные кольцеобраз ные антенны 11 и 12, которые размеще ны внутри неподвижных антенн 13 и 14. Неподвижные антенны выполнены в виде тороидов П -образного сечения в средней части которых размещены подвижные антенны.Антенна 11 соединена, например, с кольцами В и 10, а 12 - с кольцом 9. Для уменьшения электрических помех тороиды через изоляционные прокладки 15 закрыты краном 16 такого же сечения. Сигналы снимаемые с обеих неподвижных антенн 13 и 14, подключены к дифференциальному усилителю 17, обладающему большим входным сопротивлением. Этот усилитель нагружен на синхронный детектор 18, опорным напряжением .для которого служит напряжение, снимае ioe с резистора 6. Устройство для осу1цествления способа работает следующим образом. При намагничивании участка контро лируемого вала переменным магнитным полем, направленным вдоль оси вала, в материале вала возникают вихревые токи, расположенн}з1е по концентрическии с осью вала окружностям, с плоскостью перпендикулярной вектору магнитной индукции, т.е. перпендикулярнЬ оси вала. Однако при приложении крутящего момента вектор магнитной индукции отклоняется от образующей вала на некоторьй угол, пропорциональный величине крутящего момента. Так как и в этом случае плоскость вихревых токов остается перпендикуля ной к направлению вектора магнитной индукции, то плоскость BiixpeBbtx токо также отклоняется от нормали к оси вала на тот же угол, что и вектор магнитной индукции. Тогда между коль цами возникает ЭДС индукции вихревых токов, или, иначе, разность, потенциалов, пропорциональная величине крутящего,момента. Дополнительная система намагничивающих катушек намагничивает соседний с основным участок контролируемого вала в противофазе с основным. Так как величина и направление крутящего момента одинаковы для обоих участков, то сигнал ЭДС получается для второго участка таким же по величине, но противоположным по знаку. Соединяя проводником противоположные края контролируемых участков посредством токопроводящих колец получают результирующий сигнал с одинаковым потенциалом на противоположных краях участков, что предотвращает рассеяние сигнала и значительно повышает помехоустойчивость устройства. Результирующий сигнал передается на подвижные антенны, которые можно рассматривать как подвижные обкладки воздушных конденсаторов. Выбранная конструкция обеспечивает весьма небольшие колебания емкости при вибрации вала, и, следовательно, незначительную зависимость сигналов, снимаемых с неподв1-Екных антенн от вибрации вала, которая затем практически полностью устраняется благодаря выбранному высокому входному сопротивлению дифференциального усилителя. Синхронный детектор позволяет еще более повысить помехоустойчивость устройства благодаря избирательности по фазе регистрируемого сигнала, В силу того, что перпендикулярная составляющая индукции практически не зависит от осевых усилий (растяжение, сжатие, изгиб), приложенных к валу, то такое поведение наблюдается и для перпендикулярной составляющей ЭДС индукции вихревых токов, а, следовательно, и для измеряемой разности потенциалов. Использование способа и устройства позволит повысить точность измерения крутящего момента за счет устранения влияния осевых усилий.

1. Магнитозшругий способ измерения крутящего момента, заключающийся в намагничивании основного участка контролируемого ферромагнитного вала по всей его поверхности, переменным магнитным полем, направленным вдоль оси вала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения влияния осевых усилий, дополнительно намагничивают в противофазе с основным соседний участок контролируемого ферромагнитного вала, измеряют по краям каждого з частка разность потенциаловчперпендикулярной составляющей ЭДС индукции вихревых токов, а о величине крутящего момента судят по сумме разности потенциалов обоих участков. 2. Устройство для измерения крутящего момента, содержащее кольцевой магнитопровод с первым и вторым боковыми фланцами, расположенными концентрично контролируемому ферромагнитному валу, и основную систему намагничивающих катушек, соединенных между собой согласно и размещенных между фланцами на ферромагнитных стержнях, оси которых параллельны оси вала и расположены по окружности, концентричной валу, отличающееся тем, что в него введены третий фланец, дополнительная, (Л аналогичная основной, система HsiMarничивающих катушек, размещенная между вторым и третьим фланцами и соединенная встречно с основной системой, три токопроводящих кольца, размещенных на валу напротив соответствующих фланцев, две колцевые антенны, жестко закрепленные на валу, и две неподвижные антенны, выполненСП ные в виде тороидов П -образного сечения, внутри которых расположены 00 соответствующие кольцевые антейны, « при этом крайние токопроводящие кольца электрически связаны с одной кольцевой антенной, а среднее - с другой кольцевой антенной.