Устройство для измерения крутящего момента

но делам нзооретеннй н отрытнй(72) Автор изобретения А, Е, Дубинин Куйбышевский институт инженеров железнотранспорта(71) Заявитель 154) УСТРОЙСТ 80 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТАИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на валу,Известно устройство для измерения крутящего момента, содержащее ферромагнитный вал и два П-образных электромагнита, расположенных под углом 45 о к оси вала и под углом 90 о один к другому, обмотки которых включены1 о в мостовую измерительную схему 1.Данное устройство не обеспечивает требуемой точности измерения. Наиболее близким к предлагаемому15 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 внутренней поверхности трехфазной обмоткой возбуждения, измерительных обмоток, двух тороидов, связанных магнитопроводящими сегментами, и немагнитных прокладок 2 1.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 измерения.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 перпенди932307 кулярны и наклонены к оси вала на угол 45 о при этом полукольца тороидов, плоскостями которых параллельны, соединены по разные стороны вала расположенными в плоскостях перпендикулярных плоскостям соответствующих полуколец, магнитопроводящими сегмен". . тами с размещенными на них и соединенными последовательно согласно измерительными обмотками,а измерительные обмотки, размещенные на сегментах, имеющих взаимно перпендикулярные плоскости, соединены последовательно встречно.На чертеже схематицно изображено 5Гпредложенное устройство.Устройство для измерения крутящего момента содержит цепь возбуждения и измерительную цепь, Цепь возбуждения состоит из кольцевого статора 1 из о листовой электротехнической стали, по внутренней поверхности которого в пазах уложена трехфазная распределенная обмотка 2 возбуждения. Статор 1 охватывает упругий вал 3 из Ферромаг нитного материала. В выполненных по длине вала пазах расположены две короткозамкнутые обмотки 4 и 5, выполненные из медных стержней и замкнутые по концам с обоих сторон вала медными кольцами 6, Короткозамкнутая обмотка 4 расположена внутри обмотки 5. Наклон обеих обмоток 4 и 5 относительно оси вала 3 составляет 45", а относительно друг друга - 9035 Измерительная цепь устройства состоит из,четырех полукольцевых наклонных тороидов 7 - 10, которые наклонены к оси вала 3 под углом 45 о и пер 4 Опендикулярно друг другу, Полукольце-.вые тороиды 7 и 9 и 8 и 10, параллельные друг другу, соединены магнитопроводящими сегментами 11 иэ электротех-.нической стали по разные стороны вала3. На магнитопроводящих сегментах 11,соединяющих параллельно расположенные друг другу попукольца 7 и 9 и 8и 10, расположены коаксиальные измерительные обмотки 12, соединенные последовательно согласно, Обмотки сегментов, взаимно перпендикулярных другдругу, соединены последовательновстречно между собой и подклоченык измерительному прибору 13, Полукольцевые тороиды разделены друг от друга немагнитными прокладками 14,Устройство работает. следующим образом. 4 При питании обмотки 2 возбужденияот источника трехфазного напряжениясоздается вращающееся магнитное полевозбуждения ФВ, которое пересекаетвал 3 с короткозамкнутыми обмотками 4 и 5 и замыкается в кольцевом статоре 1, Вращающееся магнитное поле возбуждения, пересекая короткозамкнутыеобмотки 4 и 5 наводит в них ЭДС, что приводит к появлению в них значительных токов, и следовательно, вращающихся магнитных потоков Фи Ф,1, Поскольку короткозамкнутые обмотки 4 и 5 наклонены под.углом 45 о к оси вала 3, то результирующие магнитные потоки вращающихся магнитных попей Фи Фэтих обмоток перпендикулярны плоскостям этих обмоток, т.е. направлены по линиям действия главных механических напряжений в вале под углом 45 к оси вала и перпендикулярно, другок другу. Далее поток Ф проходит через полукольцевые тороидь 7 и 9, а Ф- цереэ 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 (И = О) 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 Ф 0) в нем возникают механические напряжения сжатия и растяжения под углом 45 о 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 магнитных потоков, например, Фот короткозамкнутой обмотки 4 уменьшается, а Ф от короткоэамкнутой 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 коутящего момента меняются местами направления растягивающих и сжимающих напряжений в зале, а, следовательно, меняются и изменения магнитных проницаемостей во взаимно перпендикулярных плоскостях вала под углом 45 о к его оси. Это приводит к противоположным изменениям ,магнитнйх потоков ф ., и ф от коротко- замкнутых обмоток 4 и 5 относительно вышеназванного состояния, т.е. 5 Ф - увеличивается, а ф- уменьшается, Сигнал на выходе измерительных обмоток 12 меняет свой знак,Использованиев предлагаемом устройстве двух короткозамкнутых обмо ток позволит равномерно возбуждать вал вращающимися магнитными полями по направлениям действия главных механических напряжений в вале, а полукольцевая конструкция тороидов и 15 их взаимная связь между собой с помощью магнитопроводящих сегментов позволит контролировать изменения магнитных проницаемостей по линиям действия главных механических напря о жений в вале, .что приводит к уменьшению погрешности от магнитоупругого гистерезиса и повышению чувствительности и точности измерения.формула изобретенияУстройство для измерения крутящего момента, содержащее упругий вал зо иэ ферромагнитного материала и схватывающую вал электромагнитную систему, состоящую из кольцевого статора с распределенной по его внутренней поверхности трехфазной обмоткой. воэбуж- з дения, измерительных обмоток, двух тороидов, связанных магнитопроводящими сегментами, и немагнитных прокладок, о т л и ч а ю щ в е с я тем,что, с целью повышения чувствительности и точности измерения; в неговведены расположенные одна в другойдве короткозамкнутые обмотки, каждаяиз которых выполнена иэ сплошнцхстержней, замкнутых на концах кольцами и размещенных в выполненных подлине вала пазах, причем каждый тороид выполнен ввиде двух полуколец, разделенных нема гн ит ными и ро кладками, а .полукольца между собой и пазы обмоток взаимно перпендикулярны и наклонены к оси вала на угол 45 , приэтом полукольца тороидов, плоскостикоторых параллельны, соединены по разные стороны вала расположенными вплоскостях, перпендикулярных плоскостям соответствующих полуколец, магнитопроводящими сегментами с размещенными на них соединенными последова".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 Н 112899. кл. 6 01 1, 3/10, 22.08,57. 2. Авторское свидетельство СССР У 437936, кл. С 01 1, 3/10, 19.06.72 п рототип 1,Составитель Г.Техред Е. Харит Целибеевнцик КорректорПодписноеитета СССРоткрытий Синицк Тираж 8 Государственного ко делам изобретений и Иосква ЖРаушс Филиал П едактор Ю. Се аказ 376 М 60 ВНИИП