Магнитоупругий способ измерения крутящего момента и устройство для его осуществления

) С 01 1. 3/10 ще о величине вых токо юке изи упругие70, с.59. 56)1,Гинзбатчики. М 2. Там 3Авто 779826,ург В.Б. Ма(71) Институт прикладной фАН Белорусской ССР(54) МАГНИТОУПРУГИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ .(57) 1. Магнитоупругий способ измерения крутящего момента, заклю" чающийся в намагничивании основного участка контролируемого ферромагнитного вала по всей его поверхности, переменным магнитным полем, направ(ленным вдоль оси вала, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем устранения влияния осевых усилий, допол кительно намагничивают в противофазе с основным соседний участок контролируемого Ферромагнитного вала, измеряют по краям каждого участка разность потенциалов;перпендикулярной составляющей ЭДС индукции вихремомента судят по сумме разности потенциалов обоих участков.2. Устройство для измерения крутящего момента, содержащее кольцевой магнитопровод с первым и вторым боковыми фланцами, расположенными концентрично контролируемому ферромагнитному валу, и основную систему намагничивающих катушек, соединенных между собой согласно и размещенных между Фланцами на ферромагнитных стержнях, оси которых параллельны оси вала и расположены по окружности, концентричной валу, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что в него введе ны третий Фланец, дополнительная, аналогичная основной, система намагничивающих катушек, .размещенная между вторым и третьим фланцами и соединенная встречно с основной системой, три токопроводящих кольца, размещенных на валу напротив соответствующих фланцев, две колцевые антенны, жестко закрепленные на валу, и две неподвижные антенны, выполненные в виде тороидов П -образного сечения, внутри которых расположены соответствующие кольцевые антенны, при этом крайние токопроводящие кольца электрически связаны с одной кольцевой антенной, а среднее - с другой кольцевой антенной.1Изобретение относится к силоизмерительной технике и может бытьиспользовано для измерения крутящегомомента, передаваемого вращающимсяферромагнитным валом.5Известны магнитоупругий способ иустройство измерения крутящего момента, которые основаны на деформации циркулярного магнитного потока,создаваемого внутри вала, при пропус Оканин вдоль его оси переменного электрического тока и измерении перпендикулярной составляющей магнитногопотока с помощью цилиндрической обмотГ 1кие соосной с валом 1 а 15Недоста.тком способа и устройстваявляется трудность реализации, связанная с необходимостью подвода токак вращающемуся валу,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсямагнитоупругий способ измерения крутящего момента, заключающийся в на"магничивании основного участка контролируемого Ферромагнитного вала по 25всей его поверхности переменным магнитным полем, направленным вдольоси вала 21 .Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является устройство, содержащее кольцевой магнитопронод с первым и вторым боко. ными Фланцами, расположенными концентрично контролируемому Ферромагнитному валу и основную систему на 35 магничивающих катушек, соединенных между собой согласно и размещенных между Фланцами на Ферромагнитных стержнях, оси которых параллельны оси вала и расположены по окружности, концентричной валу 3,.Недостатком известного способа и реализующего его устройства является низкая точность измерения, обусловленная влиянием осевых усилий.Кроме того способ и устройство не обладают чувствительностью к изменению знака крутящего момента Цель изобретения - повышение точности измерения путем устранения влияния осевых усилий.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения крутящего момента, заключающемуся в намагничивании основного участка 55 контролируемого Ферромагнитного вала по всей его понерхности переменным магнитным полем, направленным 840вдоль оси вала, дополнительно намагничивают в противофазе с основнымсоседний участок контролируемого Ферромагнитного вала, измеряют по краям каждого участка разность потенциалов перпендикулярной оставляющейЗДС индукции вихревых токов, а о величине крутящего момента судят посумме разности потенциалов обоихучастков,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для измерениякрутящего момента, содержащем кольцевой магнитопровод с первым и вто"рым боковыми Фланцами, расположенныеми концентрично контролируемомуферромагнитному валу, и основнуюсистему памагничивающих катушек, соединенньх между собой согласно иразмеценных между Фланцами .,на Ферромагнитных стержнях, оси которыхпараллельны оси вала и расположеныпо окружности, концентричной валу,введены третий Фланец, дополнительная, аналогичная основной, системанамагничивающих катушек, размещенная между вторым и третьим Фланцамии соединенная встречно с основнойсистемой, три токопроводящих кольца, размещенных на валу напротивсоответствующих Фланцев, дне кольцевые антенны, жестко закрепленныена валу и две неподвижные антенны,выполненные в виде тороидон П -образного сечения, внутри которых расположены соответствующие кольцевыеантенны, при этом крайние токопроводящие кольца электрически связаныс одной кольцевой антенной, а среднее - с другой кольцевой антенной,На чертеже представлено устройство,Соосно с контролируемым Ферроманнитным валом 1 размец 1 ен магнитопровод, состоящий из трех кольцеобразных Фланцев 2-4, соединенных междусобой Ферромагнитными стержнями 5,равномерно распределенными по окружности концентричной валу (показаны только четыре. из них), Фланцы истержни выполняются из магнитомягкого материала. На стержнях 5 размещены идентичные намагничивающиекатушки, Все катушки, расположенныемежду Фланцами 2 и 3, образуют основную систему намагничивающих катушек,а между Фланцами 3 и 4 - дополнительную, Внутри каждой системы намагничивающие катушки включены согласно, а системы между собой - встречно и через резистор б подсоединены к источнику 7 переменного тока. Под Фланцами (можно и рядом с ними), на контролируемом валу, жестко закреплены кольца 8-10 из токо- проводящего материала, плотно приле" гающие к валу, Кольца 8 и 10 в электрическом отношении закорочены между собой. Кроме того на валу жестко закреплены две подвижные кольцеобразные антенны 11 и 12, которые размещены внутри неподвижных антенн 13 и 14, Неподвижные антенны выполнены в ниде тороидов П -образного сечения, в средней части которых размещены подвижные антенны,Антенна 11 соединена, например, с кольцами 8 и 10, а 12 - с кольцом 9. Для уменьшения электрических помех тороиды через изоляционные прокладки 15 закрыты краном 16 такого же сечения, Сигналы, снимаемые с обеих неподвижных антенн 13 и 14, подключены к дифференциальному усилителю 17, обладающему большим входным сопротивлением. Этот усилитель нагружен на синхронный детектор 18, опорным напряжением ; для которого служит напряжение, снимаемое с резистора 6.Устройство для осуществления способа работает следующим образом,При намагничивании участка контролируемого вала переменным магнитным35 полем, направленным вдоль оси вала, вматериале вала возникают вихревые токи, расположеннше по концентричес-. ким с осью вала окружностям, с плоскостью перпендикулярной вектору маг 40 нитной индукции, т.е. перпендикулярно оси вала. Однако при приложении крутящего момента вектор магнитной индукции отклоняется от образующей вала на некоторый угол, пропорцио 45 нальный величине крутящего момента. Так как и н этом случае плоскость вихревых токов остается перпендикулярной к направлению вектора магнитной индукции, то плоскость вихревых токов50 также отклоняется от нормали к оси вала на тот же угол, что и вектор магнитной индукции, Тогда между коль цами возникает ЭДС индукции вихревых токов, или, иначе, разность по тенциалов, пропорциональная величине крутящего момента.Дополнительная система намагничивающих катушек намагничивает соседний с основным участок контролируемого вала в противофазе с основным. Так как величина и направление крутящего момента одинаковы для обоих участков, то сигнал ЭДС получается для второго участка таким же по величине, но противоположным по знаку. Соединяя проводником противоположные края контролируемых участков посредством токопроводящих колец получают результирующий сигнал с одинаковым потенциалом на противоположных краях участков, что предотвращает рассеяние сигнала и значительно повышает помехоустойчивость устройства. Результирующий сигнал передаетсяна подвижные антенны, которые можнорассматривать как подвижные обкладки воздушных конденсаторов. Выбран,ная конструкция обеспечивает весьманебольшие колебания емкости привибрации вала, и, следовательно,незначительную зависимость сигналов,снимаемых с неподвижных антенн отвибрации вала, которая затем практически полностью устраняется благодаря выбранному высокому входномусопротивлению дифференциальногоусилителя. Синхронный детектор позволяет еще более повысить помехоустойчивость устройства благодаря избирательности по "Фазе" регистрируемого сигнала.В силу того, что перпендикулярная составляющая индукции практически не зависит от осевых усилий (растяжение, сжатие, изгиб), приложенныхк валу, то такое поведение наблюдается и для перпендикулярной составляющей ЭДС индукции вихревых токов,а, следовательно, и для измеряемойразности потенциалов,Использование способа и устройства позволит повысить точность измерения крутящего момента эа счетустранения влияния осевых усилий.1151840 Г,Целибеевинец Корректор С.Черни оставит ехред А едактор Е.Лушников Заказ 23 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1/31 Тираж 897ВНИИПИ Государственного компо делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушская н Подпиета СССРрытийд. 4/э