Устройство для измерения крутящего момента

СОЮЗ СОВЕТСНИХсаилаяепжижРЕСПУБЛИК 091 011 3159 С 01 Ь 3 10 1 ь э ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт технологиихимического и нефтяного аппаратостроения(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащее преобразователь крутящего момента в электрический сигнал, размещенный на вращающемся валу и подключенный к источнику питания, контактные токосъемники и операционный усилитель с отрицательной обратной связью, о т л ич а ю щ .е е с я тем, что, с цельюповышения точности, в нем неподвижная часть каждой секции контактныхтокосъемников, обеспечивающих питаниепреобразователя, выполнена в Видедвух отдельных электрически изолированных скользящих контактов, одиниз которых подключен к выходу операционного усилителя, а другой к егоизйартирующему входу, а неинвертирукиций вход операционного усилителяподключен к соответствующему полюсуисточника питания, при этом количество секций токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя,и количество операционных усилителейравно количеству полюсов источникапитания.1 1113Изобретение относится к измерительной, технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на вращающихся валах.Известны устройства для измерения крутящего момента,содержащие5 ,преобразователь момента в электрический сигнал, размещенный на валу, и. контактный токосъемник 111.Недостатком известных устройств является влияние колебаний переходных сопротивлений скользящих контактов на выходной сигнал.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения крутящего момента, содержащее преобразователь крутящего момента в электрический сигнал, размещенный на вращающемся валу и подключенный к источнику питания, контактные токосъемники и опе 20 рационный усилитель с отрицательной обратной связью С 23.В известном устройстве устранено влияние на входной сигнал переходного сопротивления контактного токосъемни 25 ка, осуществляющего;съем сигнала с преобразователя, однако отсутствует компенсация по секциям токосъема, обеспечивающим питание преобразова- теля.30Цель изобретения - повышение точ. ностиУказанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем преобразователь крутящего момента в электрический сигнал, размещенный на вращающемся валу и подключенный к источнику питания, контактные токосъем-. ники и операционный усилитепь с отрицательной обратной связью, неподвиж ная часть каждой секции контактных токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, выполнена в виде двух отдельных электрически изолированных скользящих контактов, один 45 из которых подключен к выходу операционного усилителя,а другой к его инвертирующему входу, а неинвертирующий вход операционного усилителя йодключен к соответствующему полю су источника питания, при этом количество секций токосъемников, обеспечивающих питание преобразователя, и количество операционных усилителей равно количество полюсов источника .55 питания.На фиг, 1 дана структурная схема устрбйства, на фиг. 2 - электри 690 . . 3 ческая схема устройства, на фиг. 3 схема, поясняющая принцип работы устройства.Устройство состоит из вращающегося вала 1, на котором закреплен тензопреобразователь 2 и смонтированы три электрически изолированные сек-. ции 3-5 подвижной части контактного токосъемника, представляющие собой стальные кольца с канавкой. Тензопреобразователь 2 подключается к соответствующим токосъемным кольцам, установленным на изоляторе, который закрепляется на валу 1. Неподвижная часть каждой секции токосъема состоит из двух электрически изолированных контактов 6,7 и 8,9 и одного контакта 10. Контакты 6-10 могут быть изготовлены из стальных проволок диаметром 0,25-0,45 мм, собранных в пучок, который одним концом установлен в узле крепления, а другим, свободным, скользит по канавке кольца токосъемника.Узлы крепления контактов 6 и 7,8 и 9 электрически изолированы и служат для подачи питания тензопреобразователю с неподвижной части устройства на вращающийся вал, Необходимость в попарной изоляции контактов 6, 7 и 8,9 определена схемой компенсации колебанкй величины переходнык сопротивлений скользящих контактов, через которые осуществляется питание тензопреобразователя, Схема компенсации колебаний величины переходных сопротивлений скользящих контактов содержит два операционных усилителя 11, 12,между инвертирующими входами и выкодами которых включены соответствующие пары контактов 6 и 7, 8 и 9. Неинвертирующие входы операционных усилителей 11, 12 подключены к полюсам источника питания 13.Колебаниями сопротивления переходного контакта 10 можно пренебречь, если.его подключить к входу измерительного усилителя 14, имеющего большое входное сопротивление (10 - 10 Ом) .Узлы крепления контактов устанавливаются на одной планке, которая в собранном виде монтируется на корпусе устройства так, чтобы свободные концы пучков стальных проволок расположились в канавках соответствующих секций вращающейся части токо- съема.15 3 11136При использовании схемы тензопреобразователя из четырех тензорезисторов, образующих полный мост,достаточно установить дополнительнуюсекцию токосъемника с одним контак 5том для снятия второго полюса информационного сигнала,Устройство работает следующимобразом.Крутящий момент, передаваемыйвращающимся валом 1, вызывает егоскручивание. Деформация кручениявоспринимается тензопреобразователем 2, который выдает электрическийсигнал, пропорциональный величинедеформации, а равно, крутящему моменту. Этот сигнал через кольцо 3,контакт 10 секций съема информационного сигнала токосъема подается навысокоомный вход измерительногоусилителя 14, к выходу которогоможет быть подключен любой измерительный прибор, например вольтметр,аналого-цифровой преобразовательи др. 25Питание тензопреобразователя 2осуществляется от.источника питания13 через схему компенсации измененийпереходного сопротивления скользящего контакта токосъема, содержащуюусилители 11, 12, контакты 6,7 и308,9 и соответствующие кольца 4,5,Рассмотрим схему (фиг. 3), поясняющую принцип работы схемы стабилизации напряжения на вращающейся части. На схеме условно второй потенциал источника питания заземлен,ПереМенные резисторы Р.1 и Рявляются эквивалентами изменяющихсясопротивлений контактных токосъемовсоответственно 7-4 и 6-4. Резистор40111 является эквивалентом внутреннего сопротивления преобразователя 2.Изменение сопротивления 1приводитк изменению тока .1= Д + 1, а слен ф ю45довательно, изменению падения напряжения на резисторе 1. Так какоперационный усилитель 11 имеет высокое входное сопротивление (порядка 90 4нескольких мегаом), ток 3 о практичес. ки равен нулю, благодаря чему колебанием сопротивления 4(доли ома) можно пренебречь. Тогда изменение напряжения в точке А практически без искажений подается на инвертирующий вход операционного усилителя 11, который изменяет свое выходное напряжение О, таким образом, чтобы скомпенсировать изменение напряжения в точке А. Следовательно, напряжение на нагрузке Фм, т,е. напряжение питания датчика, застабилизировано независимо от колебаний переходного сопротивления контактных токосъемов 7-4 и 6-4 . Таким образом 1 для стабилизации питающего напряжения на вращающейся части необходимо два контакта на каждой секции, подающей потенциал от источника питания,Количество секций, обеспечивающих питание преобразователя, может быть равным количеству полюсов источника питания преобразователя.Таким образом, напряжение питания тензопреобразователя остается постоянным несмотря на .изменения переходных сопроТивлений скользящих контактов контактного токосъемного устройства.Применение схемь компенсации изменения переходных сопротивлений скользящих контактов дает возможность при нежестких требованиях к электрическим параметрам скользящих контактов (колебания их сопротивления до десятков Ом) получить высокие метрологические характеристики датчика крутящего момента (приведенная погрешность не превышает1 Х). Невысокие требования к электрическим параметрам контактов дают свободу в выборе конструкции токо- съема и механических свойств материалов контактных пар с целью значительного повышения иэносостойкости токосъема в широком диапазоне скоростей, упрощения и снижения габаритов устройства.1113690 Составитель В.Герасимоваедактор О,Колесникова Техред О,Неце ректор Е.Сирох Заказ 6609/ 35 Тираж 822ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открьггий1303.5, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 1 одписн Филиал ППП "Патент", г. Уж ул. Проектная