Устройство для измерения крутящих моментов

Союз Советских Социвпистицеских Респубпик(22) Заявлено 19.06.72 (21) 1798842/18-10с присоединением заявки1) М. Кл. 6 0113/10 сударственнын камитесвета Мннистрсе СССРпа делам изобретенийи открытий иорит публиковано 30,07.74, Бюллетень28ата опубликования описания 08.01.75(53) УДК 531.781(088,8 72) Авторы изобретения ровкин и А, Е 71) Заявител Куйбышевский политехнический институ(54) УСТРОЙСТВ МЕРЕН ИЯ ная петлевая обмотка 4 возбуждения, подключаемая к стабилизированному источнику трехфазного напряжения определенной частоты.Тороиды соединены м агни топроводящи ми сегментами 5, обеспечивающими малое магнитное сопротивление цепи. Сегменты 5 установлены в цилиндрический корпус 6 из алюминиевого сплава, в подшипниках 7 которого располагается вал 1. Для устранения взаимного влияния сегменты отделены от статора немагнитными прокладками 8.Между статором и тороидами находятся две кольцевые измерительные катушки 9, соединенные последовательно и подключаемые к измерительному прибору. Катушки обхватывают вал 1, Цепь возбуждения создает магнитный поток,зп а+ 240,фг - ф,= ное поле ез стато ающееся маги замыкается ч т. е. кругов 25 Поток возбу и вал. В случае го момента чувствитель ЗО потока возбое в жде отсутствия измеряемого крутящеи полной изотропности вала - ого элемента, векторы магнитного уждения направлены под прямым Изобретение относится к измерительнои технике и может быть использовано для измерения крутящих моментов.Известные устройства для измерения крутящих моментов содержат упругий участок вала из ферромагнитного материала и охвагывающую вал электромагнитную систему, включающую кольцевой статор с распределенной по его внутренней поверхности обмоткой возбуждения, два тороида, связанных магнитопроводящими сегментами, и две включенные последовательно измерительные обмотки,Цель изобретения - повышение чувствительности, точности измерения и выходной мощности устройства.Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве обмотка возбуждения выполнена трехфазной и расположена перпендикулярно к оси кольцевых измерительных обмоток,На чертеже показано устройство для измерения крутящих моментов.Упругий участок рабочего вала 1 из ферромагнитного материала охвачен кольцевым статором 2 и двумя боковыми кольцами (тороидами) 3, Статор н кольца собраны из лис 1 овой трансформаторной стали, Кольцевые листы тороидов сделаны разрезными для устранения короткозамкнутых контуров. На внутренней поверхности статора выполнены пазы, в которых уложена распределенная трехфазц 437936% з,Лр =бар,1 д 2,2 д У углом к оси измерительной катушки 9 и поэтому э.д.с. в ней не наводится. При появлении и увеличении крутящего момента на поверхности вала возникают напряжения сжатия, направленные под углом 45 к образующей, а также напряжения растяжения под углом 45 к образующей и под прямым углом к направлению сжатия, т, е. где % - момент сопротивления вала при кручении.В результате возникшей анизотропности вала ось магнитного потока возбуждения Ф, (Ф 1, Ф 2; Фз) начинает отклоняться в направлении более легкого намагничивания, т. е, в направлении напряжения растяжения под углом 45 к образующей вала. Изменение магнитной проницаемости в этом направлении состав- ляет где Хз - коэффициент магнитострикции;Уз - намагниченность ферромагнитногообразца;о - напряжение в теле вала;р - магнитная проницаемость нагруженного материала;ро - начальная магнитная проницаемостьматериала;Р - угол между векторами намагниченности 1 я и напряжения о. При этом возникает продольная составляющая магнитного потока Ф, (Ф Ф, Ф). Для одной фазы Ф= - Н, (ю, + Лр) 5 1 д а 81 п а 1) где Н, - напряженность магнитного поля потока возбуждения при изотропности вала;5 - сечение вала, по которому проходитмагнитный поток Ф, ограниченное эффективной глубиной проникновения поля;а - угол, на который отклоняется магнитный поток возбуждения, т. е. угол между О, и Уз.Продольная составляющая потока каждой фазы, проходя через вал, тороиды и магнитопроводящие сегменты, сцепляется с витками измерительных катушек, наводя в них э,д,с которые и являются мерой крутящего момента 5 е, = 4,44 Н,(, + Ла) 5 И 1 да з 1 по)8, е, = 4,44 Н, (, + Ьа) 5 И 1 д а зп (со 8 + ф е, = 4)44 Н,(р, + Ьр) 5 И 1 да зюп(о 8+ 2),10где- частота питающего напряжения;и - число витков измерительных катушек;ф - угол сдвига между э,д.с. Использование для возбуждения вращающегося магнитного поля устраняет зависимость начального выходного сигнала от углового положения кольцевой электромагнитной системы относительно вала вследствие равномерного его намагничивания, Кроме этого, исключаегся влияние скорости вращения вала на выходной сигнал, так как скорость вращения магнитного поля от наведенных вихревых токов остаегся постоянной относительно измерительных катушек и равной скорости вращения возбуждающего поля. Вращение поля возбуждения и повышение мощности сигнала при этом уменьшают его зависимость от таких влияний, как эксцентриситет и вибрации вала.Наличие дополнительных воздушных зазоров в измерительной магнитной системе повышает линейность выходной характеристики датчика, а использование в этой системе боковых тороидов снижает пульсации выходного напряжения, так как при этом измерение меЗ 5 ханических напряжений проводится одновременно по всей окружности вала. Все это в целом повышает чувствительность и точность измерения устройства. 40 Предмет изобретенияУстройство для измерения крутящих моментов, содержащее упругий участок вала из ферромагнитного материала и охватывающую вал электромагнитную систему, включающую 45 кольцевой статор с распределенной по еговнутренней поверхности обмоткой возбуждения, два тороида, связанных магнитопроводящими сегментами, и две включенные последовательно измерительные обмотки, отл ичаю щееся тем, что, с целью повышения чувствительности, точности измерения и выходной мощности устройства, обмотка возбуждения выполнена трехфазной и расположена перпендикулярно к оси кольцевых измерительных об моток.437936 Онистров Изд.1880 Тираж арственного комитета Совета М о делам изобретений и открытий сква, Ж, Раушская наб., д. 4 каз 3579/18ЦНИИПИ Го ПодписноСР