Измерительный преобразователь крутящего момента Советский патент 1988 года по МПК G01L3/10 

У

00 О)

со

;о

®7/

113

Изобретение относится к технике измерений механических величин, в частности крутящего момента, и может быть использовано в виде автономного измерительного устройства или в составе информационно-измерительной системы в качестве преобразователя крутящего момента на вращаю1чихся и неподвижных валах,

Целью изобретения является повы- шение точности.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - взаимное расположение звукопровода и магнитной головки в условиях действия (пунктир) и отсутствия крутящего момента; на фиг. 3 - эпюры сигналов, поясняющие руботу преобразователя .

Измерительный преобразователь крутящего момента содержит вал 1 с упругим участком 2, к одному концу которого прикреплен диск 3, на котором установлен электромаг1П1тный преоб- разователь 4, а к другому - ферромагнитное кольцо 5 с радиальным разрезом 6 (фиг. 2),установленное концентрич- но оси вала 1 и индуктивно связанное с электромагнитным преобразователем А, трансформаторный токосъемник 7, включающий в себя статорную обмотку 8 на ферритовом кольце 9, и установленном на основании 10, и роторную обмотку 11, подключенную к электромагнитному преобразователю и выполненную на ферритовом кольце 12, установленном на валу 1, две схемы И 13 и 1А, два усилителя 15 и 16, последовательно соединенные элемент 17 задержки и одновибратор 18, триггер 19 и генератор 20 импульсов, выход которого подключен к входу элемента 17 задержки и через усилитель 15 к ста- торной обмотке 8 трансформаторного токосъемника 7 и входу усилителя 16, выход которого подключен к первым входам схем И 13 и 14, выходы которых подключены к соответствующим входам триггера 19, а вторые входы схем И 13 и 14 подключены соответственно к прямому и инверсному выходам одновиб- ратора 18.

При этом электромагнитньш преобразователь 4 выполнен в виде тороидальной катушки с рабочим зазором, развернутым к ферромагнитному кольцу 5 с обеспечением воздушного зазора

г 0

5 о

5

0

5

между ферромагнитным кольцом 5 и электромагнитным преобразователем 4.

Измерительный преобразователь крутящего момента работает следующим образом.

Генератор 20 импульсов (фиг. 1) вырабатывает импульс запуска V (фиг. З), который через усилитель 15 поступает на статорную обмотку 8 трансформаторного токосъемника 7, с роторной обмотки 11 которого сигнал подается на электромагнитньш преобразователь 4. При этом в зоне ферромагнитного кольца 5, охваченной магнитным полем преобразователя 4, за счет явления магнитострикции возбуждается акустический импульс, который распространяется по ферромагнитному кольцу 5 в обе стороны от места возбуждения.

После отражения от торцевых поверхностей в радиальном разрезе 6 акустические импульсы возвращаются к преобразователю 4 и за счет обратного магнктострикционного эффекта наводят в нем импульс Vj . Для повьппе- ния эффективности прямого и обратного электроакустических преобразований возле области ферромагнитного кольца 5, индуктивно связанной с преобразователем 4, расположен элемент подмагничивания, который может быть выполнен например в виде постоянного магнита, закрепленного на диске 3.

После импульса запуска, воспринимаемого усилителем 16 в виде помехи Vja, первым считывается импульс VjS, отраженный от ближайшего к преобразователю 4 торца в радиальном разрезе ферромагнитного кольца 5. Временное запаздывание г, импульса Vj относительно импульса V-( определяется из выражения

., 5- i ,

(1)

где R - радиус ферромагнитного кольца 5; С - скорость звука в материале

кольца 5;

( - угол положения ближайшего торца в радиальном разрезе 6 относительно электромагнитного преобразователя 4. Аналогично определяется запаздывание tj импульса Vj - т.е. отраженного импульса от дальнего торца

/Г - 2R р- ---

(2)

где if2 - угол положения дальнего торца в радиальном разрезе 6 относительно электромагнитного преобразователя. Разность времени запаздывания импульсов Vji и Vzi при отсутствии крутящего момента соответствует временному интервалу , :

t, T5-t, 2R(

(3)

который постоянен для каждой конкрет ной конфигурации исходного взаимного расположения преобразователя 4 относительно радиального разряда 6 ферромагнитного кольца 5.

При воздействии на вал 1 крутя- щего момента yviitp происходит скручивание упругого участка 2 вала 1 на угол 4 I пропорциональШ)1й и. При этом происходит угловое перемещение Ц разреза 6 ферромагнитного кольца 5 относительно преобразователя 4 (фиг. 2), а разность времен запаздывания импульсов Уг и соответствует временному интервалу Tf- :

2R,

П (,.Ч,-2. и

(4)

Таким образом, приращение разности времен запаздывания

.f, /г f 4Rf

и 4

(5)

пропорционально углу скручивания уп- ругого участка 2 вала 1, что эквивалентно .

I Г

(6)

где q - постоянная измерительного преобразователя крутящего момента, учитывающая радиус ферромагнитного кольца 5, скорость распространения звука в материале ферромагнитного кольца 5 и упругие свойства материала упругого участ- ка 2 вала 1.

Таким образом, значение величины /ИерОпределяется измерением изменения разности времен запаздывания импульсов Vj и Угв, т.е.лГ.

Для этого импульсы 2f (фиг.З) пройдя через трансформаторный токосъемник 7, усиливаются усилителем 16 (Vj на фиг. З) и подаются на первые

10

- 20530

35

40

45 уот- 50

94

входы схем И 13 и 14, осуществляющих совместно с одновибратором 18 временное селектирование импульсов. При этом импульсы попадают в интервал времени, определяемый диаграммой Vj (фиг. 3) прямого выхода одновибра- тора 18, начало которого обозначено Т (фиг. 3) и определяется длительностью помехи от импульса запуска Vja , а конец Т равноудален от временного положения считанных импульсов УЗ,} и Vzg. С выхода элемента И 13 импульсы Vj- поступают на единичный вход триггера 19 и устанавливают его в единичное положение, соответствующее началу временного интервала С на выходе преобразователя (Vg).

Импульсы f, , приходят после момента TO и через элемент И 14 (V), поступают на нулевой вход триггера 19 и устанавливают его в нулевое положение, соответствующее окончанию временного интервала fу, (Vj ). При этом импульсы начального участка Vj , вызванные помехой V2q от импульса запуска, поступающие во время действия (n элемента 17 задержки, устанавливают в исходное нулевое положение триггер 19 и в начале каждого цикла запуска корректируют возможные случайные сбои предыдущих циклов в работе измерительного преобразователя крутящего момента.

С учетом протяженности так называемой мертвой зоны Т, обусловленной действием помехи импульса запуска в канале считывания, длительность импульса на прямом выходе одновибра- тора 18 выбирается равной

1с Т(,-Т ,

где Та - интервал пробега акустическим импульсом всей длины ферромагнитного кольца 5:

Т, (. + ,).

о

Формула изобретения

Измерительный преобразователь крутящего момента, содержапий вал с упругим участком, электромагнитный преобразователь, закрепленный на одном из концов упругого участка вала, и трансформаторный токосъемник, включающий в себя статорную обмотку, установленную на основании, и роторную обмотку, установленную на валу и

Фие.2

f (/- у

tf t

Изобретение может быть использовано в виде автономного измерительного устройства или в составе информационно-измерительной системы в качестве преобразователя крутящего момента. Цель изобретения - повьппение точности. В корпусе 9 устанавливается неподвижная часть токосъемника, выполненная в виде ферритового кольца 1 О с первичной обмоткой 11, которая подключена к выходу усилителя 15 записи и входу усилителя 16 считывания. В состав схемы регистрирующего устройства включены генератор 20 импульсов, элемент 17 задержки, одновибратор 18, схемы И 13 и 14 и триггер 19. Значение величины крутящего момента на валу 1 определяется измерением изменения временного интервала по отношению к значению, принимаемому за начало отсчета. Цель изобретения достигается вследствие линейности функции преобразования угла скручивания во временной интервал. 3 ил. с i (Л