Устройство для измерения крутящего момента Советский патент 1980 года по МПК G01L3/10 

I

Изобретение относится к области силоизмерительной техники и может быть использовано при измерении крутящего момента бесконтактным методом.

Известно устройство для измерения крутящего момента на валу, содержащее два закрепленных на концах базового участка вала зубчатых ротора, зубчатый статор, связанный с валом посредством подшипников, датчик считывания меток и привод независимого вращения статора 1. Такое устройство не обеспечивает требуемой надежности при работе в агрессивных средах ввиду незащищенности обмоток датчиков.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения крутящего момента, содержащее торсион, на концах которого закреплены два измерите тьных диска с равномерными метками на периферии, промежуточный цилиндр, находящийся между датчиком считывания меток и измерительными дисками, привод независимого вращения промежуточного цилиндра 2.

Недостатком устройства является низкая точность измерения при высокой надежности работы в агрессивных средах за счет возможности размещения датчика в герметичном корпусе.

Целью изобретения является повышение точности измерений при обеспечении высокой надежности работы в агрессивных средах.

Указанная цель в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что промежуточный цилиндр выполнен из четырех ферромагнитных колец с равномерными метками на внутренней поверхности, расположенных попарно напротив измерительных дисков и связанных между собой немагнитными втулками, причем число меток ферромагнитных колец кратно числу меток измерительных дисков и в каждой паре одно ферромагнитное кольцо развернуто на половину щага меток измерительного диска, а магнитная система датчика считывания меток выполнены в виде двух Н-образных .магнитопроводов, связанных одними концами с постоянным магнитом, и четырех кольцевых бащмаков, прикрепленных к другим концам Н-образных магнитопроводов и охватывающих по отдельности

промежуточный цилиндр в местах расположения ферромагнитных колец.

Предложенное устройство представлено на чертеже.

Устройство для измерения крутящего момента содержит торсион 1 с жестко связанным с ним удлинителем 2, выполненным в виде цилиндрической втулки. На концы вала (торсиона) 1 и удлинителя 2 жестко установлены измерительные диски 3 и 4. Торсион с измерительными дисками установлен на подшипниках 5 и 6. Измерительные диски имеют между собой магнитную связь либо через магнитопроводящий торсион, либо непосредственно через сами измерительные диски 4 и 3. Измерительные диски 3 и 4 охвачены промежуточным немагнитным цилиндром 7, армированным четырьмя ферромагнитными кольцами 8, 9, 10, 11 с метками, которые находятся на расстоянии кольцевых башмаков 12, 13, 14 и 15, соответственно состыкованных с кольцевыми наконечниками 16, 17, 18, 19 Н-образных магнитопроводов датчика. При этом на перемычках Н-образных магнитопроводов намотаны сигнальные обмотки 20 и 21. Полюсные наконечники 22, 23 присоединены к северному полюсу N постоянного магнита 24, а полюсные наконечники 25 и 26 присоединены к южному полюсу S постоянного магнита. Ферромагнитные кольца 9 и 11 находятся в одинаковом относительно измерительных меток дисков геометрическом положении, а кольца 8 и 10 соответственно смеш,ены по углу на полшага меток этих же измерительных дисков 3 и 4. Промежуточный цилиндр 7 установлен на подшипниках 27, 28 и может быть приведен во вращение посредством зацепления (или другой связи) его зубцов 29 с зубцами колеса 30 дополнительного привода, связанного с валом 31.

Работа устройства происходит следующим образом.

При относительном взаимном вращении торсиона 1 с измерительными дисками 3 и 4 и промежуточного цилиндра 7 с ферромагнитными кольцами 8, 9 и 10, 11 происходит изменение магнитной проводимости измерительных меток дисков-ферромагнитных колец. В частном случае это может быть изменение магнитной проводимости зубцов измерительных дисков и ферромагнитных колец. Так как изменение магнитного поля в зазоре каждого измерительного диска с ферромагнитными кольцами происходит во времени чередованием на каждом полушаге измерительных меток, то магнитный поток полюсов постоянного магнита 22 в данный момент проходит по тем ветвям магнитной цепи, в которых наибольшая магнитная проводимость. Так как магнитная цепь датчика выполнена по мостовым схемам, диагоналями которых являются перемычки Н-образных магнитопроводов с обмотками 20 и 21, то эти изменения магнитных потоков сопровождаются наведением ЭДС в этих обмотках с электрическим сдвигом фазы, пропорциональным величине механического угла

закручивания торсиона, соответствующего измеряемому моменту. Посмотрим процесс наведения ЭДС конкретно в одной из обмоток датчика. Пусть промежуточный цилиндр 7 неподвижен, а вращается торсион с измерительными дисками. Когда, например, измерительная метка (зуб) диска 3 находится на уровне измерительной метки ферромагнитного кольца 8 и между измерительными метками ферромагнитного кольца 9, тогда наибольшая проводимость магнитного потока будет через полюсный наконечник 16 и кольцевой башмак 12. Так как на стороне полюсного наконечника 17 магнитное сопротивление больше, часть магнитного потока с полюсного наконечника 23 пройдет через обмотку 20 в сторону полюсного наконечника 16, и в этот момент наведется ЭДС например положительной полярности, а когда измерительный диск повернется еще на величину половины зубцового шага, тогда максимальная магнитная проводимость будет в ветви, состоящей из полюсного наконечника 17, кольцевого башмака 13, ферромагнитного кольца 9, и поэтому часть магнитного потока с полюсного наконечника 22 перейдет через перемычку с обмоткой 20 на сторону полюсного наконечника 17 и приведет к изменению направления ЭДС и формированию импульса отрицательной ее полярности. Далее цикл изменения ЭДС повторится таким же образом. Аналогично работает и правая сторона датчика с обмоткой 21, только лищь с той разницей сдвига фазы между сигналами, которая зависит от угла закручивания торсиона 1.

Принцип действия устройства остается таким же и в вращения промежуточного цилиндра при неподвижном торсионе.

Формула изобретения

Устройство для измерения крутящего момента, содержащее торсион, на концах которого закреплены два измерительных диска с равномерными метками на периферии, промежуточный цилиндр, находящийся между датчиком считывания меток и измерительными дисками, привод независимого вращения промежуточного цилиндра, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при обеспечении высокой надежности работы в агрессивных средах, промежуточный цилиндр выполнен из четырех ферромагнитных колец с равномерными метками на внутренней поверхности, расположенных попарно напротив измерительных дисков и связанньах между собой немагнит