Магнитоупругий датчик крутящего момента

/ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, - ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИС Левинтов,егтяревическийомсомола Средствата. М.,с. 89-90,ство. СССР21.01.б 7 Г(ХгУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и отнРытий(71) Челябинский политехинститут им Ленинского(54)(57) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащий установленную концентрично Ферромагнитномувалу кольцевую электромагнитную систему с тремя рядами явновыраженныхполюсов, на которых размещены возбуждаюцие катушки и катушки .измерительных обмоток, и измерительнуюсхему, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точностиизмерения и расюирения Функциональных возможностей путем обеспечениявозможности выделения инФормации овеличине осевого усилия, в нем электромагнитная система выполнена в виде двух частей, симметричных относительно плоскости, проходящей черезось вала, возбуждающие катушки каждой части размещены на полюсах крайних рядов, при этом линии, проходящие через центры указанных полюсовкаждой части электромагнитной систевпю, ориентированы под углом 45 ф коси вала и под углом 90 фодна,к дру"гой, причем на крайних полюсахсреднего ряда одной и другой частейразмещены соответственно катушки первой и второй измерительной обмоток датчика, третья измерительная обмотка образована катушками, размеценными на средних полюсах среднего ряда обеих частей электромагнитной системы, четвертая измерительная обмотка - катушками, расположенными на полюсах крайних рядов обеиМ частей указанной системы, линия размещения .которых параллельна оси вала, при этом возбуждающие катушки обеих частей соединены встречно-параллель- но, катушкикаждой измерительной обмотки ввстречно-последовательно, а измерительная схема выполнена в виде четырех выпрямителей, двум схем сравнения, двух операционных усилителей и множительного устройства, причем первая и вторая измерительные обмотки через соответствующие первый и второй выпрямители соединены соответственно с первым и вторым входами одной схемы сравнения третья й четвертая измерительные обмотки через соответствующие третий и четвертый выпрямители соответственно - с первым и вторым входами другой схемы сравнения, выход одной схемы сравнения связан с пря-.Юмым входом первого операционного усилитею.я, инверсные входы которого соединены соответственно с выходом второго операционного усилителя и выходом множительного устройства, при этом выход первого операционного усилителя соединен .с инверсным входом второго операционного усилителя и одним входом множительного устройства, другой вход которого связан с выходом второго операционного усилителя.одной и другой частей электромагнитИзобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящегомомента и осевого усилия на вращающихся валахИзвестен магнитоупругий датчик 5крутящего момента, содержащий установленную концентрично валу кольцевую электромагнитную систему, состоящую из цепи возбуждения в видекольцевого многополюсного статора с 10катушками, включенными последовательно, и измерительной цепи в видесовокупности П-образных магнитопроводов, расположенных вдоль оси валамежду полюсами возбуждения, с измерительными катушками, включеннымивстречно1 .Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук изобретению является мапнитоупругий датчик крутящего момента, содержащий устанонленную концентричноФерромагнитному валу кольцевую электромагнитную систему с тремя рядамиявновыраженных полюсов, на иоторыхразмещены возбуждающие катушки и катушки измерительных обмоток, и измерительную схему 2 3.Недостатком известных датчиковявляется низкая точность измеренияв условиях действия осевых нагрузок. З 0Целью изобретения является повышение точности измерения и расширения Функциональных возможностей путем обеспечения воэможности выделения инФормации о величине осевого 35усилия,Указанная цель достигается тем,что в датчике, содержащем устаяонленную концентрично Ферромагнитномувалу кольцевую электромагнитную 40систему с тремя рядами явновыраженных полюсов, на которых размещенывозбуждающие катушки и катушки. измерительных обмоток и измерительнуюсхему, электромагнитная система выполнена в виде двух частей, симметричных.относительно плоскости, проходящей через ось вала, возбуждающиекатушки каждой части размещены наполюсах крайних рядов, при этом ли- .нии, проходящие через центры указанных-полюсов каждой части электромагнитной системы, ориентированыпод углом 45 к оси вала и под углом90 одна к другой, причем на крайнихполюсах среднего ряда одной и другой 55частей размещены соответственно катушки первой и второй измерительныхобмоток датчиКа, третья измерительная обмотка образована катушками,размещенными на средних полюсах сре 11-60него рядаобеих частей электромагнитной системы, четвертая измерительная обмотка - катушками, расположенными на полюсах крайних рядовобеих частей указанной системы, ли ния размещения которых параллельнаоси вала, при этом возбуждающие ка тушки обеих частей соединены встречно-параллельно, катушки каждой измерительной обмотки - встречно-последовательно, а измерительная схемавыполнена н виде четырех выпрямителей, двух схем сравнения, двух операционных усилителей и множительного устройства, причем первая и вторая измерительная обмотки через соответствующие первый и второй выпрямители соединены, соответственнос первым и вторым входами одной схемы сравнения, третья и четвертаяизмерительные обмотки через соотнетствующие третий и четвертый выпрямители соответственно - с первым иВторым входами другой схемы сравнения, выход одной схемы сравнениясвязан с прямым входом первого операционного усилителя, инверсные входы которого соединены соответственно с ныходом второго операционногоусилителя и выходом множительногоустройства, при этом выход первогооперационного усилителя соединен синверсным входом второго операционного усилителя и одним входом множительного устройства, другой нход которого связан с выходом второго операционного усилителя,На Фиг.1 изображен предлагаемый датчик; на Фиг.2 - то же, вид сбоку; на Фиг.З - развертка кольцевой электромагнитной системы; на Фиг.4 измерительная схема.Магнитоупругий датчик крутящего момента (Фиг.1-3) содержит кольцевую электромагнитную систему 1, установленную концентрично Ферромагнитному валу 2. Электромагнитная система выполнена в виде двух частей3 и 4 фиг,З), симметричных относительно плоскости, проходящей черезось вала. Каждая часть .электромагнитной системы имеет три ряда явновыраженных полюсов: возбуждающих 5и измерительных 6, на которых расположены, соответственно, возбуждающие катушки 7 и измерительные катушки 8 - 11.Линии, проходящие через центры возбуждающих полюсов 5 каждой части электромагнитной системы, расположенные на полюсах крайних рядов, ориентированы под углом 45 к оси вала и под углом 90 одна к другой. На крайних полюсах среднего ряда ной системы размещены катушки 8 и 9 соответственно, первой и второй измерительных обмоток датчика. Третья измерительная обмотка образована катушками 10, размещенными на средних полюсах среднего ряда обеих частей электромагнитной системы, а четвертая измерительная обмотка - катушками 11, расположенными на полюсах крайних рядов обеих частей указанной системы, линия расположениякоторых параллельна оси вала. Возбуждающие катушки 7 обеих частейсоединены встречно-параллельно(фиг.4), при этом полярность возбуж-дающих полюсов чередуется вдоль развертки электромагнитной системы. Катуыси каждой измерительной обмоткисоединены встречно-последовательно.Измерительная схема датчика содержитдве схемы 12 и 13 сравнения, четыревыпрямителя 14 - 17, два операцион-.ных усилителя 18 и 19 и множительное устройство 20,(Резисторы на входах и в цепях орратных связей операционных усилителей не показаны).Первая и вторая измерительныеобмотки (фиг,4) через соответствующие первый 14 и второй 15 выпрямители соединены, соответственно, с первым и вторым входами одной схемы12 сравнения, третья и четвертая измерительные обмотки - через соответствующие третий 1 б и четвертый 17выпрямители соответственно с первыми вторым входами другой схемы 13сравнения.Выход схемы 12 сравнения связанс пряьым входом первого операционного усилителя 18, инверсные входы которого соединены соответственно свыходом второго операционного усилителя 19 и выходом множительиого устройства 20. Выход операционного уси,лителя 18 соединен с инверсным входом операционного усилителя 19 ивходом множительного устройства 20,другой вход которого связан с выходом усилителя 19,Датчик работает следующим образом.При приложении к валу крутящегомомента: М в сжимаемых участках валамагнитная проницаемость уменьшаетсяЭДС, наводимая в измерительных катушках 8 и снимаемая с клемм О,уменьшается, В растягиваемых участках вала магнитная проницаемость увеличивается и ЭДС, наводимая визмерительных катушках 9 и снимаемаяс клемм Ог, возрастает. ЭДС, снимаемые с клемм О и Ог, выпрямляютсявыпрямителями 14 и 15 и поступают 5 на вход схеьо 12 сравнения, выходноенапряжение которой О при Р:0 пропорционально крутящему моменту М навалу.При приложении к валу растягиваю- О щего осевого усилия Р ЭДС, наводимая в измерительных катушках 10 иснимаемая с клемм Оэ, возрастает(по сравнению с ЭДС при Р=О), тогдакак ЭДС в катушках 11, снимаемая склемм О не изменяется ЭДС, сни-маемые с клемм О 5 и 04выпрямляются выпрямителями 1 Б и 17 и поступаютна вход схемы 13 сравнения, выходноенапряжение которой Ог при М=О про порционально осевому усилию в ва.ле.При одновременном действии навал крутящего момента М и осевогоусилия Р напряжения 0 и Ог связаны 25 с Р и М соотношениямиО 1 К 1 М + КгР + КИМР.г, 530ДлФ выделения сигналов (напряжений), пропорциенальных моменту Ми усилию Риспользуются операцион-,ные усилители 18 и 19 и множительноеустройство 20. При этом выходное на 35 пряжение О еьх операционного усилителя 18 пропорционально крутящему моменту М, а выходное напряжение 08 ьц,операционного усилителя 19 пропорционально осевому усилию Р.40 Использование в предлагаемом датчике четырех иэмерительных 1 обмотоки схемы выделения информации о величине крутящего момента и осевого усилия позволяет повысить точность изме рения крутящего момента в условияхсовместного действия указанных нагрузок и расширить его функциональныевозможности.1055977 оставитель Г, Целибеевехред С,мигунова Корректор Ю. Макаренко ктор П. Косс Заказ 9288 32 лиал ППП Патентф, г, Ужгород, ул. Проектная Тираж 873 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, Ж-.35, Рауы