Бесконтактный электромагнитный датчик для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимся валом

 

Класс ф21с, 7,в

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Подписная pr1nr!a ЛФ 172

М. М. Майоров

БЕСКОНТАКТНЫЙ ЗЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, ПЕРЕДАВАЕМОГО

ВРАЩАЮЩИМСЯ ВАЛОМ

Заявлено 10 ноября 1960 г, зв ¹ 684651/25 в 1(омнтст по деляги изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликоввно в «Бюллетене изобретений» № !4 зп 1962 г.

Известен бесконтактный электромагнитный датчик для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимся валом, выполненным из магнито-анизотропного материала, с использованием кольцевого статора, имеющего обмотку, питаемую переменным током.

Предлагаемый датчик отличается наличием измерительных катушек, размещенных между полюсами статора и ориентированных вдоль образующей вала, котсрые совместно с катушками статора образуют измерительную и питающую диагонали магнитных мостовых схем, плечами которых являются участки вала, ориентированные вдоль главных векторов напряжения кручения.

Такое выполнение датчика повышает его чувствительность и стабильность показаний.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — его электрическая схема; на фиг. 3 — эквивалентная схема одной секции датчика.

Датчик содержит участок рабочего вала машины, передающий измеряемый крутящий момент в кольцевую магнитную систему, неподвижно закрепляемую на корпусе, через отверстие которой свободно проходит вращающийся вал.

Принцип действия датчика основан «ra явлении магнитной анизотропии ферромагнитных материалов, которая заключается в том, что магнитная проницаемость материала изменяется в направлении действия механических напряжений. Величина и знак приращения магнитной проницаемости определяются величиной и знаком механических напряжений и магнитными свойствами материала.

Участок рабочего вала машины, обладающий свойством магнитной анизотропии материала, охваченный кольцевым статором, является чувствитсльпым элементом датчика, преобразующим крутящий момент № 148932 в магнитное анизотропное состояние, которое кольцевая магнитная система датчика преобразует в электрическое напряжение на выходе.

Магнитная система состоит из цепей возбуждения и измерения.

Цепь возбуждения представляет собой кольцевой и-полюсный статор 1 (фиг. 1) с обмотками 2, Эта цепь через воздушный зазор создает в материале вала магнитные потоки, пути которых показаны на электрической схеме (фиг. 2) датчика.

Цепь измерения представляет собой магнитопровода 3 с измерительными катушками 4, ориентированными вдоль образующей вала н расположенными между полюсами возбуждения. Катушки закреплены в кольцевые обоймы для обеспечения надежной фиксации. Магнитопроводы выполнены из трансформаторной стали Датчик питается переменным током.

Магнитная система в совокупности с участками чувствительного элемента представляет ряд магнитных мостовых схем.

Магнитные цепи возбуждения и измерения образуют питающие и измерительные диагонали магнитных мостов а магнитные сопротивления участков чувствительного элемента между полюсами магнитной системы образуют плечи мостовой схемы.

Эквивалентная схема одной секции датчика представлена м.д.с. магнитодвижущей силой, развиваемой обмотками возбуждения, где Б-Б следы полюсов возбуждения; R „, — магнитное сопротивление цепи возбуждения; В- — следы измерительных полюсов; R „„— магнитное сопротивление измерительной цепи; R„эквивалентное магнитное сопротивление участка чувствительного элемента между полюсами магнитной системы AR „— приращение магнитного сопротивления; a — главные напряжения в материале вала при передаче крутящего момента; Ԅ— магнитный поток, пронизывающий измерительную катушку при разбалансе моста. При отсутствии крутящего момента напряжения =О, магнитная анизотропия отсутствует и, соответственно, AR„,=0 (все плечи моста одинаковы), мост находится в равновесии и поток Ф„=О.

При передаче валом крутящего момента появляются напряжения кручения, главные векторы которого расположены под углом 45 к оси вала. Под действием этих напряжений материал вала становится анизотропным в магнитном отношении.

Магнитная проницаемость материала получает приращения, в связи с чем магнитные сопротивления плеч моста получают приращения +-hR „.

Мост разбалансируется, магнитный поток Ф„пронижет магнитопровод измерительной катушки и в ней индуктируется переменная э.д.с., пропорци",íàëüíàÿ напряжению а в материале вала.

Лабораторные и производствснные испытания предлагаемого датчика показали хорошие эксплуатационные качества: точность измерения не ниже +-1,5%, высокую стабильность, вибропрочность и эксплуатационную надежность

Датчики успешно применены при разработке первых в СССР глубинных приборов для контроля величины крутящего момента непосредственно на забое скважины в условиях значительных вибрационных и ударных нагрузок и повышенных температур.

Датчики приняты к серийному производству.

Предмет изобретения

Бесконтактный электромагнитный датчик для измерения крутящего момента, передаваемого вращающимся валом, выполненным из магнитоанизотропного материала, с применением кольцевого статора, имеющего обмотку, питаемую переменным током, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и стабильности показаний, cè снабжен размещенными между полюсами статора измерительными катушками, ориентированными вдоль образующей вала и совместно с катушками статора образующими измерительную и питающую диагонали магнитных мостовых схем, плечами которых являются участки вала; ориентированные вдоль главных векторов напряжения кручения.

Фиг. 1. № 148932

Фиг. 2.

Rr;o ось

Фиг. 3.

Составитель olllicBr.11ÿ M. П, Золотарев

Редактор Е. Г Манежвеа

Типография ЦБТИ, Москва, Петровка, 14.

Подп к печ. 18/VI-62 г.

3ак. 6725

ЦБТИ Комитета по делам

Москва, 1 ехред T. П. Курилко Корректор В. Андрианов .

Формат бум. 70М108 /i6 Объем 035 изд. л.

Тираж 900 Цена 4 коп изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Центр, М. Черкасский пер,, д. 2/6.