Устройство для измерения крутящего момента Советский патент 1982 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на .валу. Известно устройство для измерения крутящего момента, содержащее ферромагнитный вал и два П-образных элект ромагнита, расположенных под углом k к оси вала и под углом 90 один к другому, обмотки которых включены в мостовую измерительную схему l. Данное устройство не обеспечивает требуемой точности измерения. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения крутящего момента, содержащее упругий вал из ферромагнитного материала и охватывающую вал электромагнитную систему, состоящую из кольцевого статора с распределенной по его внут ренней поверхности трехфазной обмоткой возбуждения, измерительных обмоток, двух тороидов, связанных магнитопроводящими сегментами, и немагнитных прокладок 2 . Недостатком этого устройства является низкая чувствительность и точность измерения, обусловленные несовпадением направлений главных механических напряжений в вале с направлением возбуждаемого магнитного поля и направлением, в котором измеряется изменение магнитной проницаемости вала. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений. Указанная цель достигается тем, что в него введены расположенные одна в другой две короткозамкнутые обмотки, каждая из которых выполнена из сплошных стержней, замкнутых на концах кольцами и размещенных в выполненных по длине вала пазах, причем каждый тороид выполнен в виде двух полуколец, разделенных немагнитными прокладками, а полукольца между собой и пазы обмоток взаимно перпенди3932кулярны и наклонены К оси вала на угол 5°.. при этом полукольца торойдо в, плоскости которых параллельны, соединены по разные стороны вала расположенными в плоскостях перпендикулярных плоскостям соответствующих полуколец, магнитопроводящими сегментами с размещенными на них и соединен ными последовательно согласно измерительными обмотками,а измерительные об мотки, размещенные на сегментах, имею щих взаимно перпендикулярные плоскости, соединены последовательно встречно. На чертеже схематично изображено предложенное устройство. Устройство для измерения крутящего момента содержит цепь возбуждения и измерительную цепь. Цепь возбуждения состоит из кольцевого статора 1 из листовой электротехнической стали, по внутренней поверхности которого в пазах уложена трехфазная распределенная обмотка 2 возбуждения. Статор 1 охватывает упругий вал 3 изферромагнитного материала. В выполненных по длине вала пазах расположены две короткозамкнутые обмотки и 5, выполненные из медных стержней и замкнутые по концам с обоих сторон вала медными кольцами 6. Короткозамкнутая обмот ка А расположена внутри обмотки 5Наклон обеих обмоток i и 5 относитель но оси вала 3 составляет S, а относительно друг друга -- , Измерительная цепь устройства состоит ,из .четырех полукольцевых наклонных тороидов7 10, которые наклонены к оси вала 3 под углом 5° и перпендикулярно друг другу. Полукольце, вые тороиды 7 и 9 и 8 и 10, параллель ные друг другу, соединены магнитопроводящими сегментами 11 из электротехнической стали по разные стороны вала 3. На магнитопроводящих сегментах 11, соединяющих параллельно расположенные друг другу полукольца 7 и 9 и 8 и 10, расположены Коаксиальные измери тельные обмотки 12, соединенные после довательно согласно. Обмотки сегментов, взаимно перпендикулярных друг другу. соединены последовательно встречно между собой и подключены к измерительному прибору 13. Полуколь цевые тороиды разделены друг от дру га немагнитными прокладками 1. Устройство работает, следующим образом. При питании обмотки 2 возбуждения от источника трехфазного напряжения создается вращающееся магнитное поле возбуждения Ф , которое пересекает вал 3 с короткозамкнутыми обмотками t и 5 и замыкается в кольцевом статоре 1. Вращающееся магнитное поле возбуждения, пересекая короткозамкнутые обмотки 4 и 5, наводит в них ЭДС, что приводит к появлению в них значительных токов, и следовательно, вращающихся магнитных потоков Ф и Фо. Поскольку короткозамкнутые обмотки t и 5 наклонены под. углом k-5° к оси вала 3, то результирующие магнитные потоки вращающихся магнитных полей Ф. и Ф, этих обмоток перпендикулярны плоскостям этих обмоток, т.е. направлены по линиям действия главных механических напряжений в вале под углом kS к оси вала и перпендикулярно -друг к другу. Далее поток Ф проходит через полукольцевые тороиды 7 и 9, а Фп - через полукольца 8 и 10 и далее потоки через сегменты 11 и вал 3 замыкаются в измерительной системе устройства, наводя в измерительных обмотках 12 ЭДС. При отсутствии крутящего момента (М 0) вал устройства изотронен и магнитные потоки Ф и Ф, равны по величине. Сигнал на выходе встречно включенных измерительных обмоток 12 равен нулю. При воздействии крутящего момента на вал (М 0) в нем возникают механические напряжения сжатия и растяжения под углом k к оси вала и во взаимно перпендикулярных плоскостях относительно друг друга. Магнитная проницаемость вала в направлении действия сжимающих напряжений уменьшается, а в направлении действия растягивающих напряжений - увеличивается. Это приводит к тому, что один из iмагнитных потоков, например, Ф-, от короткозамкнутой обмотки уменьшается, а Ф(от короткозамкнутой обмотки 5 увеличивается. На выходе встречно включенных измерительных обмоток 12 возникает разностный синусоидальный сигнал, пропорциональный крутящему моменту на валу, который регистрируется измерительным прибором 13. При изменении знака крутящего момента меняются местами направления растягивающих и сжимающих напряжений в зале, а, следовательно, меняются и изменения магнитных проницаемостей во взаимно перпендикулярных плоскоетях вала под углом S к его оси. Эт приводит к противоположным изменениям

,магнитных потоков Ф, и Фп от короткзамкнутых обмоток k и 5 относитель нр вышеназванного состояния, т.е. Ф - увеличивается, а ij уменьшается. Сигнал на выходе измерительных обмоток 12 меняет свой знак.

Использованиев предлагаемом устройстве двух короткозамкнутых обмоток позволит равномерно возбуждать вал вращающимися магнитными полями по направлениям действия главных механических напряжений в вале, а полукольцевая конструкция тороидов и их взаимная связь между собой с помощью магнитопроводящих сегментов позволит контролировать изменения магнитных проницаемостей по линиям действия главных механических напряжений в вале, .что приводит к уменьшению погрешности от магнитоупругого гистерезиса и повышению чувствительности и точности измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения крутящего момента, содержащее упругий вал из ферромагнитного материала и схватывающую вал электромагнитную систем состоящую из кольцевого статора с распределенной по его внутренней поверхности трехфазной обмоткой возбуж дения, измерительных обмоток, двух

тороидов, связ.анных магнитопроводящими сегментами, и немагнитных прокладок, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в него введены расположенные одна в другой две короткозамкнутые обмотки, каждая из которых выполнена из сплошннх стержней, замкнутых на концах коль-цами и размещенных в выполненных по длине вала, пазах, причем каждый тороид выполнен а виде двух полуколец, разделенных немагнитными прокладками, а полукольца между собой и пазы обмоток взаимно перпендикулярны и наклонены к оси вала на угол +5° при . этом полукольца тороидов, плоскости которых параллельны соединены по разные стороны вала расположенными в плоскостях, перпендикулярных плоскостям соответствующих полуколец, магнитопроводящими сегментами с размещенными на них соединенными последоваг тельно согласно измерительными обмотками, а измерительные обмотки, размещенные на сегментах, имеющих взаимно перпендикулярные плоскости, соединены последовательно встречно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 112899, кл. G01 L З/Ю, 22.08.572.Авторскоесвидетельство СССР № 437936, кл. G01 L 3/10, 13.06.72 (прототип). 11