Устройство для измерения характеристик нагруженности вращающегося вала

Союз Советских Социалистических Республик(51) М, Кл. с присоединением заявки М 6 01 Ь Э/10 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А.Т.Артамонов, Н.П.Волков, С.Т.Мартиросян и С,Н.Сафонов Московский институт электронного машиностроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАГРУЖЕННОСТИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения крутящего момента, скорости вращения контролируемого вала и мощности, передаваемой валомИзвестное устройство для измерения характеристик нагруженности вращающегося 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 (1.Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для измерения характеристик нагруженности вращающегося вала, содержащее нониусный преобразователь угла скручивания вала в электрический сигнал в виде двух рядом расположенных нониусных зубчатых дисков, жестко связанных с крайними 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 иэ-за влияния технологических погрешностей изготовления нониусных дисков, вибрации вала, изгибйых коле" баний и эксцентриситета.Цель изобретения - повышение точности 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 концентрич" но 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 "огласно. Общий выход секторных катушек соединен со входом измерительной схемы, а число пар секторныхкатушек 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 Фкг.З - диаграмма работы.Устройство для измерения характеристик нагруженности вращающегося ьала 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 оск вала, причем диаметр отверстий в дкске 2 значительно больше, чем в диске 3.Благодаря тому, что зубчатые диски 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 соотношением числа зубцов и в каждом отдельном случае выбирается из конкретных конструктивных признаков. Важным преимуществом нониусного сопряжения радиальных растров является линейный характер зависимости углового перемещения муаровых полос от угла взаимного разворота зубчатых дисков. Сплошная кольцевая катушка возбуждения 5, расположенная со стороны диска 2 напротив зубцов и отверстий в дисках, служит для созданияпеременного- электромагнитного поляв зазоре между дисками, Со стороныдиска 3 расположены измерительные катушки б датчика скорости вращениявала и измерительные секторные катушки 7 датчика информации о перемещении муаровых полос, Диаметральнопротивоположные секторы измерительныхкатушек 7 включены встречно, а всепары секторных катушек включены последовательно и согласно, причем числопар секторных катушек равно числу муаровых полос зубчатых дисков. Выходыизмерительных катушек через Формирователи 8 и 9 связаны со входами измерительной схемы 10, выход которойсоединен с устройством индикации 11,Источник 12 переменного тока служитдля запитывания кольцевой катушкивозбуждения 5 и измерительной схемыВыполнение отверстий в диске 2большего диаметра, чем в диске 3позволяет исключить влияние скручивания вала на датчик информации оскорости враяения,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Устройство работает следующимобразом. При запитывании катушки возбуждения 5 переменным током отисточника 12 в зазоре между дисками2 и 3 возбуждается переменное электромагнитное поле, Это поле частично экранируется плоскостями металлических дисков и при вращении вала на выходе измерительных катушек б датчика скорости вращения появляется амплитудно-модулированное напряжение, максимумы которого приходятся на момент совпадения сквозных отверстий дисков с катушками б, 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. Этк 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 , на выходе формирователя 8 займут дру-, гое временное расположение относительно импульсовс формирователя 9, которые не изменяют своего временного расположения и используются в качестве опорных,На выходе измерительной схемы появится сигнал 3, длительностькоторого пропорцйональна 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 механк 748152Формула изобретения 1 О Устройство для измерения характеристик нагруженности вращающегося вала, содержащее нониусный преобразователь угла скручивания вала в электрический сигнал в виде двух рядом расположенных нониусных зубчатых дисков , жестко связанных с крайними сечениями базового участка контролируемого вала, и датчика угла скручивания вала, датчик скорости вращения вала, измерительную схему, устройство индикации и источник питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения 20 ческих шумов, таких как вибрация вала, изгибные колебания вала и эксцентриситет.Использование устройства позволяет повысить точностьизмерения параметров нагруженности вращающегося 5 вала при работе в средах с малым коэффициентом прозрачности,точности измерений, датчик угла скручивания вала выполнен в виде индуктивного датчика перемещения муаровых полос, катушка возбуждения которого выполнена в виде сплошногокольца расположенного концентричновалу с одной стороны нониусных дисков, с другой стороны которых расположены измерительные обмотки, выполненные в виде секторных катушек,диаметрально противоположные секторы которых включены встречно, авсе пары секторных катушек включеныпоследовательно и согласно, при этомобщий выход секторных катушек соединен со входом измерительной схемы,а число пар секторных катушек выбрано равным числу муаровых полосзубчатых дисков.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СЩА 93888116, кл.73-1361,1975.2, Фролов Л.Б., Измерение крутящего момента М., изд. Энергия1965, с. 41-43 (прототип) .748152Составитель Г.ЦелибеевРедактор Т.Орловская Техред М. Петко Корректор Н.Григорук Эаказ 4222/27 Тираж 1019 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4