Измеритель крутящего момента Советский патент 1979 года по МПК G01L3/10 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ 1аРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

. :::.::/ Изобретение ОТНОСИТСЯ к измерительно тезщике н может быть использованЬ при из1мереиии крутящего момента или утла йЬкручйвания упругого вала. Известен измеритель крутящего момен та, соцержаздий укрепляемые на разньпс уЧарт&аХ упругого вала зубчатые диска, размездеиные парами между нбйодвйзкнь ми кольцёВЬ1МИ обкладками kOHcieHcafopoa симметрично о носатёльно центральной кольцевой обкладки, а неподвижные обклаДКй конденсаторов включены в измерительную схему ij;- ,,;,,; Известен также измеритель крутящего момента, содержатций емкостный датчик, электроды которого вьшолнены неподвижйыми, и снабженный двумя диэлектрическими дисками с прорезями, один из которых связан с одним концом упругогй вала, а другой диск - с другим концом 2. Эти измерители имеют низкую чувствительность и точность измерения. Наиболее близким по технической суш.ности является измеритель крутящего момента, сбдёржа.щий два неподвижных дис- ка и два укрёплейньк йа концах исследуемого участка Bania а расположённых между неподвйжвьхми дискймй подвижных дйс;ка, снабжённых .элек ропро йодными эле: ментамиу рйспрлЬжейньми. ва плоскостях ДИСКОВ, и образующими емкости включённые в электрическую измерительную схему 3| - ..- :. ; Недостатком этогй измерителя также является низкая чувствительность и точность измерений. Цепью изобретения является увеличение чувс тви-Гельности и точности йзме рений.- , V - - - ; Эта цель достигается за счет того. Что в измеритель введен центральный подвижный дисй, укрепленный на валу между двуМя подвижными дисками и снабженный электропроводными элементами, выполненными в виде размешенных по обеим сторонам диска на равном удаленив от оси вала кольцевых секторов, разделевньгх такими же по размерам не369проводящими кольцевыми секторами и объединенных заземленным электропрЪвбд ным кольцом, а электропроводные элементы каждого из подвижных дисков выполнены на поверхности, обращенной к неподвижному диску, в в;иде двух концент ричных колец, а на поверхности, обращенной;.к центральному диску, в виде кольцевых секторов, разделенных узкими непроводящими участками, расположенными на том же удалении от оси вапа, что и кольцевые секторы центрального диска, и размешенными так, что два проводящих. и два непроводящих сектора подвижного диска совмещены с одним проводящим и одним непроводящим сектором центрального диска, при этом четные кольцевые секторы подвижного диска соединены с одним кольцом данного диска, а нечетные с Другим кольцом того же диска, а каж. V дый неподвижный диск снабжен двумя дополнительными электропроводными кольцами, образующими в совокупности с дву мя уже имевшимися электропроводными кольцами и электропроводными элементами центрального и двух крайних подвижных ДИСКОВ два емкостных Т-образйых четырехпоиюсника, включенных в измерительную схему, в которую введены два генератора тока и дифференциальный усил тель, соединенный своими входами с быходами четырехполюсников, входы которык соединены с выходами генераторов тока. На фиг, 1 изображен измеритель,общий ВИД (на фт. 2 - электрическая измёрртельная схема, Емкостный измеритель крутяшего мо- мейта Содержитява укреппеннш: вве вала 1 неподвийшых диска 2, расионожеа.ньк на койцах исследуемого участка ва ла 1 ПОДВИЖНЫХ диска 3 укрепленный а середине исследуемого участка вшха 1 центральный диск 4. Все дискя закрепле иы перпендйкупярйо оси ййпа и аьшолнен из электроазопяционйого {лафёриала. На плоскостях диска 4 на равном удалении от оси вала размешены электро проводные кольдевме сектора 5, разделенные непроводящими участками: 6, также выполненными в форме кольцевых сек торов. Угловые размеры кальаевогО сектора 5 и непроводящего участка в одинаковы и равны И/2. Секторы 5 эпёкт рически соединены копьцо 7 v заземлены. , ; . . Подвижные диски 3 tta шнюкостяСк, обращенных к рядом распопьженвыи не7ПОДВИЖНЫМ дискам 2, содержат по два электропроводных кольца, внутреннее кольцо 3 и внешнее кольцо 9, а на плоскъстях,обращенных к центральному диску 4,- электропроводные, равноудален-, ные от оси вала кольцевые секторы Ю и 11, разделенные узкими непроводя.щими участками 12. Углы кольцевых ректо ров 10, 11 и угол Q непроводящего участка 12 удовлетворяют следующему соотнощению: («a()Четные кольцевые секторы 10 электг рически соединены с внутренним кольцом 8, .а нечетные кольцевые секторы 11 -, с внешним кольцом 9. Неподвижный диск 2 содержит четыре концентр 1чно расположенных электропроводных кольца 13-161 Равные пО диамет ру электропроводные кольца разных неподвижных дисков 2 попарно электрически связаны. ,.Электропроводные элементы (кольцевые секторы, кольца) подвижных и неподаижньгх дисков являются обкладками конденсаторов и образуют в совокупности два емкостных Т-образных четырахпойюсвика. Электрически соединенные с землей: кольцевые секторы 5 диска 4 и nonapitto поставленнйе им в соответствие кольцевые секторы 10 и 11 подвижных дисков 3 образуют переменные, зависящие от величины крутящего момента, конденсаторы параллельных плеч С| и 3 (см. фиг. 2), а электропроводные кольца 8 и 9 подвижных и кольца 13-16 непод7 вижныхдисков-кондеясаторы С/ , С последовательных плеч Т-образных четырехполюсников. Входы четырехполюсников (кольца 13 н 15 веподвижньгх дисков соединены с выходами генераторов тока 17 и 18 с высоким.- вьйсодным сойротивйеИие л, а выходы четырехполюсников (кольца 14 и 15 неподвижных дисков) - со ьходами диффереицибшьного усилителе 19, имеющего большое входное сопротивление. Емкостн1лй измеритель крутяпаего момевта paiSoTaeT спваукилтл образом, При крутяшём моменте Мдр ) каждый 5 цевтральвого диска 4 распрпожев симметричвр отвоситепьно поставяевпвойему в соответствие пары кольцевых секторов 10 и 11 подвижных двсков 3. Емкости Cfj и с равны, и если выполкеио рапIj %, где 1J и -соответвенствоственно токи генераторов 17 и ISi то равны падения напряжения на конденсато pax С и Си-Напряжение на вькоде усилителя 19 равно нулю. При действии иа вал крутяйего момента подвижные диски 3 и, еледовательно, все пары кольцевых секторо 10 и 11 поворачиваются относительно секторов 5, которьлм они поставлены в соответствие, на утоп Л.), пропорционал ный Мкр Емкость конденсатора С, (в-зависимости от знака приложенного крутящего момента), например, увеличивается, а конденсатора С уменьшаетс Соответственно изменяются и падения изменяются и 1-и напряжения на С„ и t, создаваемые токами генераторов 17 и 18. В результате на выходе усилителя 1Э появляется напряжение, пропорциональное измеряемо му крутяшему моменту При воздействии изгибающего момент аа.вап или при деформации дисков, например, температуры возможно изменение относительно распойожений подвижных 3 и центрального дисков Однако расеГйяИия между любым кодьдевьй сек тором 5 центрального диска 4 и любым из поставленной ему в соотв етстгвйе пары секторов 1Q и 11 ПОДВИЖНОГО дис«а идменяются.; одинаково, так как секторы расположены в непосредственной близости и itaравном удапейии от оси ва ла. СдедоЬатвш 0, прнралйения ёмкостей кбвдёйсатбров С и (Гц а также прирашеш1я падений напряжения на них (при Tt ) равны по величине и; знаку, npHpattieBHB падений напряжения на С р С« Ейлч стаготся дифференциальным уси лителек 19, что в целом обеспечивает практически полную компенсацию влияний изгиба вала и деформации дисков ни ре зультат.измерения т, е. уменьшает аД-: дитивную составляющую допстнитёпьной погрешности. Генераторь i и 18 тока и усилитель 19 изьАерительной схемы соответ- ствённо высокие выходное и нходноа сопротивления. Поэтому напряжения на выходе каждого, четырехполюсника определяются лишь величиной входного тока и емкостью конденсатора параллельного ппеча и практически не зависяпг от емкостей конденсаторов последовательных плеч. Следовательно, осевое смещение .вала и укрепленных «а валу подвижных 3 и центрального диска 4 относитепьно неподвижных дисков 2 и соответствунйцее изменение емкостей , Cj, Су, CJ| но вносит существенной дополнительной поГрёшнЪсти в результат измерения. Введение центрального диска, размедцение кольцевьк секторов подвижных и центрального диска на равном удалении от осивала, использование генераторов тока,.дифференциального усилителя увеличивает чувствительность и точность измерения. Формулаизобретения 1. Измеритель крутящего момента, содержащий два неподвижных диска и два укрепленных на концах исследуемого участка вала и расположенных между неподвижньп 1и дисками подвижных диска, снабженных электрряроводными эл.ементами, расположенными на плоскостях дисков и образующими емкости включенные в электрическую измерительную схему, ОТЛИЧИ ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений, в него введеа центральный подвижный диск, укреплений на валу между двумя пошижныйли дисками н снабженный электрОпроёоййьлш элементами, Ёыполнёийыш в Виде размещенных по обеим сторонам диска иа: равйом удалении от оси вала кольцевых сектйров, раздеДенньк такими же по размерам непровйдйщими корьцебымй ueicropaMB и рбъединенньгх за:$ёмйенн 1М .элек зопроводHbnvt кольцом, а электропроводные эйёмвн- Til каждого из подвижных диской выполнейы на поверхности, обрашенцой к «еподвижному Диску, в виде Мух коящеатричных колец; а на пЬвёрхйтстй, обра- ч шейной к центральному диску, в виде кольцевых секторов, разделенаь1х узкими йгепроводящими участками, расположеИчььмй на том же удалении от оси вайа, чтЪ И кольцевые секторы центрального дтгска, н размещенными так, что два проводйщлх и дни непроводящих сектора подвижного Диска совмещены с одним проводящим и одним непроводящим сектором центрального диска, при этом четные колЫхевые секторы подвижного диска соединены.с одйи.м кольцом данного диска, а нечетные - с другим кольцом того же диска, а каждый неподвижный диск снабжен двумя .дополнительными электропроводньйля, кйльцами, образующими в совокупности с двумя уже имевшимися электропроводными кольцами и электропроводными злеметггами центрального и двух крайних подвижных дисков два емкостных Т-образных четырехполюсника, включенных в измерительную схему, 2. Измеритель по п. 2, о т п ич а ю ш и и с я тем, что в измерительную схему введены два генератора тока и дифференциальный усилитель, соединенный своими входами с выходами четырехполюсников, входы которых соединены с выходами генераторов тока. вн №№ 0 (пр Источники информации, принятые во имание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 491848, кл. G О L 3/10, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР 40613О, кл. G 01 L. 3/10, 1970. 3. Авторское свидетельство СССР 437935, кл. 6 01 L 3/10, 1972. ототип).