Устройство для измерения характеристик нагруженности вращающегося вала Советский патент 1980 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения крутящего момента, скорости врсццения контролируемого Всша и мощности, передаваемой валом . Известное устройство для измерения характеристик нагруженности вра щающегося вала, содержащее фотоэлектрический преобразователь угла закручивания вала в длительность электрических импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости вращения вала , электронный блок и регистратор, не обеспечивает требуемой чувствительности и точности измерения I. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению явл ется устройство для измерения хара теристик нагруженности вращающегося вала, содержащее нониусный преобразователь угла скручивания вала в электрический сигнал в виде двух рядом расположенных нониусных зубчатых дисков, жестко связанных с кр ними сечениями базового участка контролируемого вала, и датчика угла скручивания вала, датчик скорости вращения вала, измерительную схему, устройство индикации и источник питания 2. Недостатком такого устройства является низкая точность измерения из-за влияния технологических погрешностей изготовления нониусных дисков, вибрации вала, изгибйых колебаний и эксцентриситета. Цель изобретения - повышение точ ности измерения. Указанная цель в устройстве по настоящему изобретению достигается за счет того, что датчик угла скручивания вала выполнен в виде индуктивного датчика перемещения муаровых полос, катушка возбуждения которого выполнена в виде сплошного кольца, расположенного концентрично валу с одной стороны нониусных дисков, с другой стороны которых расположены измерительные обмотки. Последние представляют собой секторные катушки диаметрально противоположные секторы которых включены встречно, а все пары секторных катушек включены последовательно и согласно. Общий выход секторных кагушек соединен со входом измерительной схемы, а число пар секторных катушек равно числу муаровых полос зубчатых.дисков. На фиг„1 показан исследуемый вал с измерительными обмотками и зубчатыми дисками, продольный раз,рез на фиг.2 - блок-схема устройства на фиг.З - диаграмма работы. Устройство для измерения характеристик нагруженности вращающегося вала 1 (фиг.1 и 2) содержит жестко связанные с крайними сечениями базового участка вала, рядом расположенные, нониусные зубчатые диски 2 к 3 с отверстиями 4, выполненные по окружности дисков концентрично оси вала, причем диаметр отверстий в диске 2 значительно больше, чем в диске 3. Благодаря тому, что зубчатые дис ки 2 и 3 имеют различное число зубцов, сопряжение их радиальных растров дает нониусную муаровую картину,которая обладает следующим свойством - малому угловому перемещению зубчатых дисков относительно друг друга соответствует значительное перемещение муаровых полос определяемое коэффициентом редукции. Количество муаровых полос таких дисков определяется соотношени ем числа зубцов и в каждом отдельн случае выбирается из конкретных ко структивных признаков. Важным преимуществом нониусного сопряжения р диальных растров является линейный характер зависимости углового пере мещения муаровых полос от угла вза имного разворота зубчатых дисков. Сплошная кольцевая катушка возбуждения 5, расположенная со стороны диска 2 напротив зубцов и отверстий в дисках, служит для создания переменного- электромагнитного поля в зазоре между дисками. Со стороны диска 3 расположены измерительные к тушки б датчика скорости вращения вала и измерительные секторные катушки 7 датчика информации о переме щении муаровых полос. Диаметрально противоположные секторы измерительн катушек 7 включены встречно, а все пары секторных катушек включены пос ледовательно и согласно, причем чис пар секторных катушек равно числу м аровых полос зубчатых дисков. Выход измерительных катушек через формиро ватели 8 и 9 связаны со входами измерительной схемы 10, выход которой соединен с устройством индикации 1 Источник 12 переменного тока служит для эапитывания кольцевой катушки возбуждения 5 и измерительной схе мы,, Выполнение отверстий в диске 2 большего диаметра, чем в диске 3 позволяет исключить влияние скручивания вала на датчик информации скорости вращения. Устройство работает следующим :образом. При запитывании катушки возбуждения 5 переменным током от источника 12 в зазоре между дисками 2 и 3 возбуждается переменное электромагнитное поле. Это поле частично экранируется плоскостями металлических дисков и при вращении вала на выходе измерительных катушек 6 датчика скорости вращения появляется амплитудно-модулированное напряжение, максимумы которого приходятся на момент совпадения сквозных отверстий дисков с катушками 6. Это напряжение поступает на формирователь 9, с выхода которого импульсы с периодом следования Т (фиг.З), пропорциональным скорости вращения вала, подаются на измерительную схему 10. Так как измерительные секторные катушки 7 охватывают ряд щелей дисков 2 и 3, то выходное напряжение с этих катушек представляет собой также амплитудно-модулированное колебание с максимумом, приходящимся на момент совпадения прозрачной части муаровых полос,с одной из секторных катушек. Эти сигналы поступают на вход формирователя 8, выход которого соединен со входом измерительной схемы 10. При отсутствии нагрузки на валу 1 устройство фазируется таким образом, чтобы на выходе схемы 10 сигнал, несущий информацию о крутящем моменте, был равен нулю. При нагружении исследуемого вала зубчатые диски развернутся на некоторый угол, пропорциональный величине крутящего момента. При этом импульсы U на выходе формирователя 8 займут дру-, гое временное расположение относительно импульсов и с формирователя 9, которые не изменяют своего временного расположения и используются в качестве опорных.На выходе измерительной схемы появится сигнал , длительность t которого пропорциональна перемещению муаровых полос и, соответственно, величине крутящего момента. Измеренные значения крутящего момента, скорости вращения вала и мощности, передаваемой валом, подается на устройство индикации 11. Такое выполнение катушек датчика информации о перемещении муаровых полос и включение диаметрально противоположных секторов измерительных катушек встречно, а всех пар секторных катушек последовательно и согласно позволяет снимать информацию о взаимном расположении дисков по всей окружности дисков одновременно, благодаря чему в полной мере проявляется интегральный эффект усреднения технологических погрешностей изготовления дисков, к тому же это позволяет в значительной мере ослабить влияние 1exaнических шумов, таких как вибрация вала,изгибные колебания вала и эксцентриситет . Использование устройства позволяет повысить точность измерения параметров нагруженности вращающег вала при работе в средах с малым к фициентом прозрачности. Формула изобретения Устройство для измерения характ ристик нагруженности вращающегося нала, содержащее нониусный преобра зователь угла скручивания вала в электрический сигнал в виде двух рядом расположенных нониусных зуб чатых дисков , жестко связанных с крайними сечениями базового участка контролируемого вала, и датчика угла скручивания вала, датчик скорости вращения вала, измеритель схему, устройство индикации и источник питания, отличающе еся тем, что, с целью повышени точности измерений, датчик угла скручивания вала выполнен в виде индуктивного датчика перемещения муаровых полос, катушка возбуждения которого выполнена в виде сплошного кольца расположенного концентрично валу с одной стороны нониусных дисков, с другой стороны которых рас- . положены измерительные обмотки, выполненные в виде секторных катушек, диаметрально противоположные секторы которых включены встречно, а все пары секторных катушек включены последовательно и согласно, при этом общий выход секторных катушек соединен со входом измерительной схемы, а число пар секторных катушек выбрано равным числу муаровых полос зубчатых дисков. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 388811б, кл.73-13бА, 1975, 2.Фролов Л.Б., Измерение крутящего момента М., изд. Энергия , 1965, с. 41-43 (прототип).