Магнитоупругий датчик крутящего момента Советский патент 1985 года по МПК G01L3/10 

Фиг t Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента. Известный магнитоупругий датчик крутящего момента, содержащий упругий вал и кольцевую электромагнитную систему с явно выраженными полюсами, не обеспечивает требуемой точности измерения зависимости выходного сигнала от угла поворо та и частоты вращения вала ClJ. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является магнитоупругий датчик крутящего момента, содержащий ферромагнитный вал и неподвижную кольцевую электромагнитную систему с обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, состоящей из двух секций, соединенных последо вательно-встречно С2 . Недостатком этого датчика является то, что он не обладает чувствительностью к изменению знака крутящего момента. Целью изобретения является обеспечение возможности измерения знакоперемениого крутящего момента. Указанная цель достигается тем, что в магнитоупругом датчике крутящего момента, содержащем ферромагни ный вал и неподвРЕжную кольцевую электромагнитную систему с обмоткой возбу;1сдения и измерительной обмотко состоящей из двух секций, соединенных последовательно-встречйо, введе на размещенная на валу и концентрич но ему обмотка 5 состоящая из двух секций с противоположными направлениями навивки, каждая из которых электрически замкнута на участок ва ла, расположенный под соответствующей секцией измерительной обмотки, при этом обмотка возбуждения выполнена из двух последовательно и согласно соединенных секций, размещен ных напротив соответствующих секций измерительной обмотки. На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого датчика; на фиг,2 изменение магнитной индукции в поверхностном слое вала. Магнитоупругий датчик крутящего момента содержит ферромагнитный вал 15, на котором размещена концентричная ему обмотка, состоящая из двух.секций 2я и 2 Б . Секции 2й и 2 25 имеют равное количество витков и взаимно противоположное направление намотки. Начала и концы секций 2( и 25 электрически присоединены например, припаяны или приварены к участкам вала, находящимся под двумя секциями измерительной обмотки Зй и 36 неподвижной кольцевой электромагнитной системы. Секции измерительной обмотки соединены последовательно-встречно. Обмотка возбуждения также состоит из двух одинаковых секций 4с и 45 , включенных последовательно и согласно. Обмотки возбуждения и измерительная заключены в цилиндрический экран-магнитопровод 5. С целью уменьшения сопротивления магнитной цепи и снижения, таким образом, величины тока возбуждения, а также ограничения потоков рассеяния по торцам каждой секции обмотки возбуждения установлень ферромагнитные шайбы 6. Датчик работает следующим образом, При включении обмотки возбуждения в цепь переменного тока в секциях обмотки 2й и 2S наводятся ЭДС. По участкам вала, на которые замкнуты секции 2 а и 26, протекают при этом токи Т и Т2 , направленные встречно. Токи 1 и J2создают в поверхностном слое вала циркулярные составляющие индукции Вс и БС- (фиг.2). Одновременно обмотка возбуждения создает на этих же участках вала осевые составляющие индукции BQ Результирующая магнитная индукция может быть представлена как геометрическая сумма циркуляционной и осевой составляющих В секциями 2с(И Зои В2 В( секциями 25 и 3(. Обозначим действующее значение ЭДС., наводимой в секции измерительной обмотки 3Ч, через Е , а в секции 35 через Е2-Очевидно, что при равенстве Вр В 2 одинаковом числе витков в секциях За и 3F ЭДС Е и Е будут равны. Приложенный крутящий момент М„ создает в материале вала механические нацряжения растяжения ёр и сжатия ёс(), направленные под углом 145° к оси вала. У материалов с положительной магнитострикцией, к которым относится большинство углеродистых сталей, магнитная проницаемость в направлении dp увеличивается, а в направлении 6с уменьшается. 31 Это вызывает поворот составляющих векторов индукции В(,, В. , и ci на некоторый угол в направлении 62 Новые положения векторов показаны на фиг.2 пунктиром, а в обозначениях векторов добавлены штрихи. На фиг.2 видно, что под воздействием М, векто индукции В увеличивается, а в уменьшается. Это приводит к увеличению ЭДС Е, и уменьшению ЭДС Ej. Разность (Е - К) пропорциональна величине крутящего момента MX в пределах, определяемых магнитоупругими свойствами вала. Если приложенный момент Иц изменит направление (знак), то векторы 4 6 и й поменяются местами. Выполнив построения, аналогичные приведенным на фиг.2, можно видеть что при этом увеличится Ej, в то время как Е уменьшится. Использование в датчике размещенной на валу обмотки, выполненной Б внце двух секций с противоположным направлением навирки, каждая из которьж электрически замкнута на соответствующий участок вала, и выполнение обмотки возбузвдения в виде двух секций, соединенных последовательно-встречно, позволит измерять знакопеременный крутящий момент.

МАГКИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащий ферромагнитный вал и неподвижную кольцевую электромагнитную систему с обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, состоящей из двух секций, соединенных последовательно-встречно, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения знакопеременного крутящего момента, в него введена размещенная на валу и концентрично ему обмотка, состоящая из двух секций с противоположными направлениями навивки, каждая из которых электрически замкнута на участок вала, расположенньй под соответствующей секцией измерительной обмотки, при этом обмотка возбуждения выполнена из двух-последовательно и согласно соединенных секций, размещенных напротив соответствующих секций измериS тельной обмотки. (Л