Устройство для измерения крутящего момента Советский патент 1991 года по МПК G01L3/10 

1

(21)4680845/10

(22)19.04.89

(46) 23.06.91. Бюл. Р 23

(71)Пензенский политехнический институт

(72)Л.Г.Когельман, А.И.Мартяшин, ИЛ1 .Фролов и П.II. Чернецов

(53)531.781(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР V 1030677, кп. С 01 L 3/10, 1983.

Авторское свидетельство СССР К 132G694, кл. G 01 L 3/10, 1987.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

(57)Изобретение относится к сило- измерительной технике и предназначено для измерения крутящего момента на вращающемся валу. Целью изобретения является повышение точности

и быстродействия о Г устройство, содержащее интегратор 1 и трансформаторный преобразователь 3, введены компаратор 5, усилитель постоянного тока 4 и терморезистор 2„Выход интегратора 1 через компаратор 5 подсоединен к своему входу и через терморезистор 2 связан с инверсным входом усилителя постоянного тока 4, в цепи отрицательной обратной свячи которого включена первичная обмотка трансЛорматорного преобразователя 3, а выходная обмотка соединена с вторым входом компаратора 5. Второй вывод выходной обмотки и прямой вход усилителя 4 постоянного тока связаны с земляной шиной, выход компаратора 5 является выходом устройства . 2 ил.

с

S

С/

Изобретение относится к силоизме- рнтельной технике л предназначено для измерения крутящего момента на вращающемся валу.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит интегратор 1, терморезистор 2 с сопротивлением R,, трансформаторный преобразователь 3 с включенными встречно входной и выходной обмотками (первичной и вторичной) , усилитель постоянного тока 4 и компаратор 5. Выход интегратора 1 через компаратор 5 подсоединен к своему входу и чгрез терморезистор 2 связан с инверсным входом усилителя 4, в цепи обратной связи которого включена первичная обмотка трансформаторного преобразователя 3, а выходная обмотка (вторичная) соединена с вторым входом компаратора 5. Второй вывод выходной обмотки и прямой вход усилителя 4 связаны г земляной шиной, а выход компаратора 5 является выходом устройства.

Устройство предназначено для измерения крутящего момента на вращающемся валу преимущественно малого диаметра, поэтому вал можно г итать изотропным при различных его положениях.

Устройство работает следующим образом .

При включении питания на выходе компаратора 5 появляется положительное напряжение с амплитудой U, которое поступает на вход интегратора 1, сигнал на выходе которого принимает вид

U

УЈ t

О С

(1)

где

С

постоянная времени интегратора 1.

Это напряжение через терморезис- ;тор 2 R 1 поступает на вход усилителя 4. Ток D цепи отрицательной обратной связи усилителя 4 протекает по первичной обмотке магнитоупругого трансформаторного преобразователя 3 крутящего момента и изменяется по закону

(2)

Ток I суммируется с паразитным током 1П от действия ЭДС, обусловленной скоростным эффектом

1 + 1

(3)

Полагая, что в течение периода следования выходных импульсов устройства частота вращения вала постоянна, паразитный ток также I const, ЭДС, наводимая выходной обмотке прямо пропорциональна производной

V

Напряжение на выходе преобразователя 3 крутящего момента, обмотки которого включены встречно, описывается выражением

«„ dt

+ In)

dc

М +

1

СО

УЈН. +

ЈRt

СО 5

(4)

где 1

со

50

ЭДС, наведенная во вторичной обмотке (вызванная скоростным эффектом); М - вэаимоиндуктивность магнитоупругого трансформаторного преобразователя 3 Это напряжение поступает на вход компаратора 5, к другому входу которо- 5 го подключен интегратор 1. В момент времени с напряжения 1Ц и Uf становятся равны

+ i

и

со

(5)

Компаратор 5 переключается. Сигнал на выходе интегратора 1 определяется выражением

U,

UЈ

- ТЈ ,

- (с - с,)

10

-Ґ

- (с - 2с,).

(6)

Ток в цепи обратной связи усилителя 4

15

- 7Tf Rt

(с - 2с(). (7)

Термореэистор 2 расположен совмест- rio с магнитоупругим трансформаторным преобразователем 3 у вала, т.е. имеет практически ту же температуру, что и вал. Напряжение на выходе трансформаторного преобразователя 3

25

. - Wr V

(8)

в момент времени с,

U.

и

Тогда

U9M

1СО Ј г Г

,- 4 (сл- 2с.)

(9)

35

Компаратор -5 переключается. Весь процесс повторяется. Решая систему уравнений (5) и (9)

(Ю)

- « Т,

(11)

получают значение интервала времени 2М

ч- ч -t

Очевидно, что

2М

S C Ct

t

(12)

Таким образом, период следования импульсов с компаратора 5 равен

j - t4) + (сг - t,)

4М

Rt

Эп (i t

т.е. не зависит от ЭДС, наведенной во вторичной обмотке, вызванной скоростным эффектом.

При воздействии температуры, меняющейся в некотором интервале, параметры трансформаторного преобразователя 3 изменяются следующим образом:

И - М0 (1 ), (14) где М - взаимоиндуктивность трансформаторного преобразовател 3, изменяющаяся в нормальных условиях;

м- коэффициент,определяющий изменение взаимоиндуктивности за единицу изменения температуры;

ЛТ - значение изменения температуры.

Терморезистор 2 подбирают так, чтобы закон изменения его Ri был идентичен закону изменения магнитной проницаемости материала вала, например следующий:

Rt RЈ (1 ) , (15)

где R, - сопротивление терморезнс- тора 2 в нормальных условиях;

Ып - Т.К.С. терморезистора 2. Если подобрать 0( О/м , тогда

т . +ЛМЛТ) . Мо ТЛТ R (

Т - период следования выходных импульсов устройства при изменении температуры.

Таким образом, в предлагаемом устройстве выходной сигнал не зависит от температуры и ЭДС вызванной скоростным эффектом.

Формула изобретения

й 6)

Устройство для измерения крутящего момента, содержащее интегратор

J5 и трансформаторный преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены компаратор, усилитель постоянного тока и

2Q терморезистор, причем выход интегратора через компаратор подсоединен к своему входу и через терморезнстор связан с инверсивным входом усилителя постоянного тока, в цепи обратной

25 связи которого включена первичная обмотка трансформаторного преобразователя, вторичная обмотка которого соединена с вторым входом компаратора, при этом второй вывод вторичной

30 обмотки трансформаторного преобразователя и прямой вход усилителя посто- . янного тока связан с земляной шиной.

I- - - - и,

1КУПТ

3

э

,

Фиг.}