Устройство для измерения крутящего момента на валу Советский патент 1946 года по МПК G01L3/10 

УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Заявлено 9 февраля 1945 года в Наркомавнапром за Лэ 9681 (336531) Опубликовано 30 сентября 1946 года

Предметом настоящего изобретения является устройство для измерения крутящего момента на валу при помощи контролирующего кручение вала электрического датчика. Датчик составлен из двух располо женных на разных местах вала переменных реактивных сопротивлений, периодически изменяющихся по величине при каждом обороте вала и включенных в измерительную цепь так, чтобы измерительный прибор реагировал на величину рассогласования (фазного сдвига) изменений реактивных сопротивлений. Отличительной особенностью устройства является, согласно изобретению, то, что одно из сопротивлений образует часть колебательного контура лампового генератора, а другое - часть связанного с ним, любым известным способом, одноконтурного резонансного фильтра, на выходе которого включен измерительный прибор, с тем, чтобы при рассогласовании изменений реактивных сопротивлений возникала расстройка фильтра относительно генератора, отмечаема измерительным прибором.

НА ВАЛУ

Б качестве сопротивлений в устройстве могут быть применены переменные конденсаторы, подвижные обкладки которых закреплены на валу.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображена принципиальная схема, на фиг. 2 - один из вариантов электрической схемы устройства, и на фиг. 3 и 4 - вариант выполнения переменных сопротивлений.

Как видно из схемы (фиг. 1), металлические кулачки, 1 к 2, укрепленные на валу, определяют емкости двух идентичных контуров 3 ii4.

Контур 3 является задающим частоту контуром однолампового генератора 7, а контур 4, включенный на выходе генератора, является резонансным фильтром. К этому фильтру подключен любой измеритель амплитуды напряжения на его выходе. На фиг. I в качестве такого измерителя использована комбинация из детектора 5 и измерительного прибора 6.

Когда вал вращается при холостом ходе (крутящий момент отсутствует), кулачок / один раз за

оборот вала лроходйт перед пластинами конденсатора контура J, изменяя iero емкость, а значит и частоту генерацин. Но синхронно и синфазно с кулачком 1 будет проходит кулачок 2 перед пластинами конденсатора контура 4, изменяя совершенно по тому же закону его емкость. Следовательно, резонансная частота контура 4 будет изменяться точно синхронно и синфазно с частотой контура 3, т. е. с частотой генератора 7. Итак, хотя колебания генератора 7 будут промодулированы по частоте с угловой, частотой вращения вала, контур 4 будет точно «следить за его частотой, оставаясь все время строго в резонансе с ней. Благодаря этому при холостом ходе вала прибор 6 будет неизменно давать максимальные показания.

Однако как только к валу будет подключена какая-либо нагрузка на валу появится крутящий момент - и кулачок 2 будет проходить мимо контура 4 несколько позже, чем кулачок 1 мимо контура 5. Это приведет к тому, что фильтр 4 попрежнему будет следовать за изменением частоты генератора, но с некоторым отставанием, т. е. с расстройкой.

Показания прибора б при этом уменьшатся, причем тем больше, чем больше расстройка, т. е. чем больше поворот кулачка 2 относительно кулачка 1, т. е. чем больше крутящий момент. Следовательно, шкалу прибора можно проградуировать сразу в величинах крутящего момента.

Подбором начальной (при холостом ходе) расстройки контура 4 относительно контура 5 можно установить рабочий участок амплитуд «а линейной части резонансной кривой контура 4.

Кулачкам V и 2 можно придавать любую (но всегда одинаковую для обоих) форму, в частности, выполнять их в виде металлической (или, наоборот, диэлектрической) лопасти, укрепленной на валу и пробегающей между пластинами конденсатора контура, как показано на фиг. 3. Важно лишь выбирать величину этих кулачков или пластин достаточно больше ГГ, чтобы они создавали большую 1.лубину частотной модуляции по сравнению со всякой вредной модуляцией, создаваемой вибрацией вала и другими причинами.

Для повыщения отклонения прибора можно по окружности вала укрепить против каждого конденсатора не один кулачок (или пластину), а целый ряд равномерно расположенных кулачков (фиг. 4), HITO даст за каждый оборот вала не один, а ряд импульсов на детекторе, а это в соответствующее число раз увеличит исходное отклонение прибора.

В качестве одного из простейших вариантов электрической схемы прибора можно указать схему фиг. 2.

Как видно из схемы, здесь контур 3 является задающим частоту контуром обычного транзитронного генератора, с которым индуктивно связан слулсащий фильтром контур 4 с любым измерителем амплитуды колебаний в нем. Если в этой схеме использовать электронную лампу типа «жолудь и применить контуры t и - на достаточно высокую частоту, весь прибор должен уместиться в габаритах обычного портсигара, причем транзитронная схема сможет целиком питаться непосредственно от 24-вольтовой бортовой сети самолета. Чувствительность такой схемы тем больше, чем больше крутизна резонансной кривой контура 4 и чем больше скорость изменения частоты генератора при вращении вала. Ясно, что последняя величина тем больше, чем больше глубина частотной модуляции, производимой кулачками, и чем меньше дуга, занимаемая кулачком на окружности вала (т. е. чем больше и кратковременнее импульс частотной модуляции). Наконец, чувствительность прибора определяется чувствительностью измерителя амплитуды на выходе фильтра (контура 4}.

Нетрудно видеть, что вращение кулачков вызовет не только частотную, но и амплитудную модуляцию с угловой частотой вращения вала (так как изменение емкости приводит к изменению импёданца контура, т. е. амплитуды колебания в нем). Это обстоятельство легко использовать для измерения на этом же приборе числа оборотов вала путем подключения после детектора в контуре 4 любого частотомера. Измеренная частота будет равна числу оборотов вала в секунду.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения крутящего момента на валу при помощи контролирующего кручение вала электрического датчика, составленного на двух расположенных на разных местах вала переменных реактивных сопротивлений, периодически изменяющихся по величине при каждом обороте вала

и включенных в измерительную цепь так, чтобы измерительный прибор реагировал на величину рассогласования (фазного, сдвига) изменений реактивностей сопротивлений, отличающееся тем, что одно из сопротивлений образует часть колебательного контура лампового генератора, а другое - часть связанного с ним любым известным способом одноконтурного резонансного фильтра, на выходе которого включен измерительный прибор, с тем, чтобы при рассогласовании изменений реактивных сопротивлений возникала расстройка фильтра относительно генератора, отмечаемая измерительным прибором.

2. В устройстве по н. 1 применение сопротивлений в виде переменных конденсаторов, у которых подвижные обкладки закреплены на валу.