Устройство для измерения крутящих моментов Советский патент 1974 года по МПК G01L3/10 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящих моментов.

Известные устройства для измерения крутящих моментов содержат упругий участок вала из ферромагнитного материала и охватывающую вал электромагнитную систему, включающую кольцевой статор с распределенной по его внутренней поверхности обмоткой возбуждения, два тороида, связанных магнитопроводящими сегментами, и две включенные последовательно измерительные обмотки.

Цель изобретения - повышение чувствительности, точности измерения и выходной мощности устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве обмотка возбуждения выполнена трехфазной и расположена перпендикулярно к оси кольцевых измерительных обмоток.

На чертеже показано устройство для измерения крутящих моментов.

Упругий участок рабочего вала 1 из ферромагнитного материала охвачен кольцевым статором 2 и двумя боковыми кольцами (тороидами) 3. Статор и кольца собраны из листовой трансформаторной стали. Кольцевые листы тороидов сделаны разрезными для устранения короткозамкнутых контуров. На внутренней поверхности статора выполнены пазы, в которых уложена распределенная трехфазная петлевая обмотка 4 возбуждения, подключаемая к стабилизированному источнику трехфазного напряжения определенной частоты. Тороиды соединены магнитопроводящими

сег.л1ентами 5, обеспечивающими малое магнитное сопротивлепие цепи. Сегменты 5 установлены в цилиндрический корпус 6 из алюминиевого сплава, в подшипниках 7 которого располагается вал 1. Для устранения взаимного влияния сегменты отделены от статора немагнитными прокладками 8.

Между статором и тороидами находятся две кольцевые измерительные катушки 9, соединенные последовательно и подключаемые к измерительному прибору. Катушки обхватывают вал 1. Цепь возбуждения создает магнитный поток

Ф; (вг,

20 Ф., Ф,„8Шш); + 120°, Ф, Ф„ sin со + 240°,

т. е. круговое вращающееся магнитное поле.

Поток возбуждения замыкается через статор и вал.

В случае отсутствия измеряемого крутящего момента и полной изотропности вала - чувствительного элемента, векторы магнитного

потока возбуждения направлены под прямым

углом к оси измерительной катушки 9 и поэтому э.д.с. в ней не наводится. При появлении и увеличении крутящего момента- на поверхности вала возникают напряжения сжатия, направленные под углом 45° к образующей, а также напряжения растяжения под углом 45° к образующей и под прямым углом к направлению сжатия, т. е.

М W

где W - момент сопротивления вала при кручении.

В результате возникшей анизотропности вала ось магнитного потока возбуждения Фв (Ф1, Ф2, Фз) начинает отклоняться в направлении более легкого намагничивания, т. е. в направлении напряжения растяжения под углом 45° к образующей вала. Изменение магнитной проницаемости в этом направлении составляет

ЗХо

f V Wotg2p, zny

где A,s - коэффициент магнитострикции;

/S - намагниченность ферромагнитного

образца;

а - напряжение в теле вала; ц - магнитная проницаемость нагруженного материала; Но - начальная магнитная проницаемость

материала;

р - угол между векторами намагниченности /S и напряжения 0.

При этом возникает продольная составляющая магнитного потока Ф (Фд;, , хг Флга )

Для одной фазы

Фд. - Яв ((АО + Ар.) 5 tg а sin 0),

где Яв - напряженность магнитного поля потока возбуждения при изотропности вала;

5 - сечение вала, по которому проходит магнитный поток Фж, ограниченное эффективной глубиной проникновения поля;

а - угол, на который отклоняется магнитный поток возбуждения, т. е. угол между Яв и /вПродольная составляющая потока каждой фазы, проходя через вал, тороиды и магнитопроводящие сегменты, сцепляется с витками измерительных катушек, наводя в них э.д.с., которые и являются мерой крутящего момента

е, : 4,44//в (Но + AIJ-) 5/117 tg х sin Ы, е, : 4,44/Уз (0 + tg « sin К + Ь). г, 4, ( + ) SfW tg а sin (ш + 2),

где / - частота питающего напряжения;

W - число витков измерительных катущек; ф - УГОЛ сдвига между э.д.с.

Использование для возбуждения вращающегося магнитного поля устраняет зависимость начального выходного сигнала от углового положения кольцевой электромагнитной системы относительно вала вследствие равномерного его намагничивания. Кроме этого, исключаегся влияние скорости вращения вала на выходной сигнал, так как скорость вращения магнитного поля от наведенных вихревых токов остается постоянной относительно измерительных катушек и равной скорости вращения возбуждающего поля. Вращение поля возбуждения и повыщение мощности сигнала при этом уменьшают его зависимость от таких влияний, как эксцентриситет и вибрации вала. Наличие дополнительных воздущных зазоU«

ров в измерительной магнитной системе повышает линейность выходной характеристики датчика, а использование в этой системе боковых тороидов пульсации выходного напряжения, так как при этом измерение механических напряжении проводится одновременно по всей окружности вала. Все это в целом повыщает чувствительность и точность измерения устройства.

Предмет изобретения

Устройство для измерения крутящих моментов, содержащее упругий участок вала из ферромагнитного материала и охватывающую вал электромагнитную систему, включающую

кольцевой статор с распределенной по его внутренней поверхности обмоткой возбуждения, два тороида, связанных магнитопроводящими сегментами, и две включенные последовательно измерительные обмотки, отличающееся тем, что, с .целью повышения чувствительности, точности измерения и выходной мощности устройства, обмотка возбуждения выполнена трехфазной и расположена перпендикулярно к оси кольцевых измерительных обмоток.

.,..

fZZTZZZZ ZZZ Z Z

A-A