Бесконтактный электромагнитный датчик для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимся валом Советский патент 1962 года по МПК G01L3/10 

Известен бесконтактный электромагнитный датчик для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимся валом, выполненным из магнито-анизотропного материала, с исиользованием кольцевого статора, имеющего обмотку, иитаемую переменным током.

Предлагаемый датчик отличается наличием измерительных кату щек, размещенных между иолюсами статора и ориентированных вдоль образующей вала, которые совместно с катущками статора образуют измерительную и питающую диагонали магнитных мостовых схем, нлечами которых являются участки вала, ориентированные вдоль главных векторов напряжения кручения.

Такое выполнение датчика повыщает его чувствительность и стабильность показаний.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг 2 - его электрическая схема; на фиг. 3 - эквивалентная схема одной секции датчика.

Датчик содерлчит участок рабочего вала мащины, передающий измеряемый крутящий момент в кольцевую магнитную систему, неподвижно закрепляемую на корпусе, через отверстие которой свободно проходит вращающийся вал.

Принцип действия датчика основан на явлении магнитной анизотропии ферромагнитных материалов, которая заключается в том, что магнитная проницаемость материала изменяется в направлении действия механических напряжений. Величина и знак пр.иращепия магнитной проницаемости определяются величиной и знаком механических напряжений и магнитными свойствами материала.

Участок рабочего вала мащины, обладающий свойством магнитной

анизотропии материала, охваченный кольцевым статором, является

.чувствительным эле.ментом датчика, преобразующим крутящий момент

№ 148932- 2 -в магнитное анизотропное состояние, которое кольцевая магнитная система датчика преобразует в электрическое напряжение на выходе.

Магнитная система состоит из цепей возбуждения и измерения.

Цепь возбуждения представляет собой кольцевой д-полюсный статор / (фиг. .1) с обмотками 2. Эта цепь через воздушный зазор создает в материале вала магнитные потоки, пути которых показаны на электрической схеме (фиг. 2) датчика.

Цепь измерения представляет собой магнитопровода 3 с измерительными катушками 4, ориентированными вдоль образующей вала и расположенными между полюсами возбуждения. Катушки закреплены в кольцевые обоймы для обеспечения надежной фиксации. Магнитопроводы выполнены из трансформаторной стали Датчик питается переменным током.:

Магнитная система в совокупности с участками чувствительного элемента представляет ряд магнитных мостовых схем.

Магнитные цепи возбуждения и измерения образуют питаюшие и измерительные диагонали магнитных мостов а магнитные сопротивления участков чувствительного элемента между полюсами магнитной системы образуют плечи мостовой схемы.

Эквивалентная схема одной секции датчика представлена м.д.с. магнитодвижущей силой, развиваемой обмотками возбуждения, где Б-Б следы полюсов возбуждения; R - магнитное сопротивление цепи возбуждения; В-В-следы измерительных полюсов; RMU- магнитное сопротивление измерительной цепи; / -эквивалентное магнитное сопротивление участка чувствительного элемента между полюсами магнитной системы Д ,„ -приращение магнитного сопротивления; о - главные напряжения в материале вала при передаче крутящего момента; Ф„-магнитный поток, пронизывающий измерительную катушку при разбалансе моста. При отсутствии крутящего момента напряжения з 0, магнитная анизотропия отсутствует и, соответственно, Д, 0 (все плечи моста одинаковы), мост находится в равновесии и поток Фц 0.

Цри передаче валом крутящего момента появляются напряжения кручения, главные векторы которого расположены под углом 45° к оси вала. Цод действием этих напряжений материал вала становится анизотропным в магнитном отношении.

Магнитная проницаемость материала получает приращения, в связи с чем магнитные сопротивления плеч моста получают приращения ±Д/,„.

Мост разбалансируется, магнитный поток Ф„ пронижет магнитоттровод измерительной катушки и в ней индуктируется переменная .д.с., пропорциональная напряжению о в материале вала.

Лабораторные и производственные испытания предлагаемого датчика показали хорошие эксплуатационные качества: точность измерения не ниже ±1,5%, высокую стабильность, вибропрочность и эксплуатационную надежность

Датчики успешно применены при разработке первых в СССР глубинных приборов для контроля величины крутящего момента непосредственно на забое сквал ины в условиях значительных вибрационных и ударных нагрузок и повыщенных температур.

Датчики приняты к серийному производству.

Предмет изобретения

Бесконтактный электромагнитный датчик для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимся валом, выполненным из магнитоанизотропного )1атериала, с применением кольцевого статора, имеющего обмотку, питаемую переменным током, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности и стабильности показаний, он снабжен размещенными между полюсами статора измерительными катущками, ориентированными вдоль образующей вала и совместно с катущками статора образуюпщми измерительную и питающую диагонали магнитных мостовых схем, плечами которых являются участки вала/ ориентированные вдоль главных векторов напряжения кручения