Устройство для измерения вращающего момента

Авторы патента:

G01L3/00 - Способы и устройства общего назначения для измерения моментов, работы, мощности и механического коэффициента полезного действия (КПД)

Владельцы патента RU 2499984:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Техномаш" (RU)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения вращающих моментов на валу электродвигателей, преимущественно не допускающих дополнительного воздействия во время работы на вращающуюся часть, например электродвигателей гироскопов. Техническим результатом является повышение точности измерений моментов. Устройство для измерения вращающего момента содержит корпус, чувствительный элемент, установленный в корпусе на упругих опорах, первый датчик углового положения чувствительного элемента, успокоитель и элементы крепления электродвигателя. В устройство введены второй датчик углового положения чувствительного элемента, второй усилитель постоянного тока. Успокоитель выполнен на первом и втором датчиках угловой скорости чувствительного элемента, третьем усилителе постоянного тока и преобразователе тока во вращающий момент. Усилители используются в режиме усилителей тока. Первый и второй датчики углового положения чувствительного элемента расположены симметрично и включены последовательно-согласно один относительно другого. Датчики скорости чувствительного элемента расположены симметрично и соединены последовательно-согласно один относительно другого с входом третьего усилителя постоянного тока. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Известно устройство для измерения крутящего момента, содержащее измерительный полумост из двух тензопреобразователей, соответствующим образом размещенных на роторе, пять токосъемных контактов контактного или бесконтактного токосъемника, предназначенных соответственно для подключения источника питания к вершинам измерительного полумоста и вывода информативных сигналов в часть схемы устройства, которая расположена на статоре и содержит два повторителя напряжения, дифференциальный усилитель, инвертирующий сумматор и устройство деления. Одна из вершин полумоста, образованная крайним выводом тензопреобразователя, через токосъемный контакт и повторитель напряжения подключена к инвертирующему входу дифференциального усилителя, выход которого подключен к соответствующему входу устройства деления. Вторая вершина полумоста, образованная крайним выводом тензопреобразователя, через токосъемный контакт и повторитель напряжения подключена к одному из входов инвертирующего сумматора, выход которого подключен ко второму входу устройства деления и прямому входу дифференциального усилителя, выход которого подключен также ко второму входу инвертирующего сумматора. Средний вывод полумоста, объединяющий соответствующие выводы тензопреобразователей, через токосъемный контакт соединен с общей точкой схемы.

В процессе работы устройства при изменении показаний тензопреобразователей, вследствие деформации вала на крайних выводах относительно общей точки схемы ввиду высокого входного сопротивления повторителей напряжения устанавливаются определенные значения напряжения, которые поступают соответственно на инвертирующий вход дифференциального и первый вход инвертирующего сумматора. Одновременно на второй вход сумматора поступает сигнал с выхода дифференциального усилителя, на прямой вход которого поступает сигнал с выхода сумматора (см. патент РФ №2180734, кл. G01L 3/10, 2002 г.).

В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что оно не позволяет осуществлять измерения с достаточно высокой точностью, так как при работе устройства не компенсируются температурные и переходные моменты.

Известно устройство для исследования бесконтактного электродвигателя, содержащее корпус, на котором установлен статор блока нагрузки. Ротор блока нагрузки закреплен на валу, установленном в корпусе с возможностью вращения. На статоре имеется обмотка управления. Со статором блока нагрузки соединен статор первого датчика угла, предназначенного для определения угла поворота статора блока нагрузки относительно корпуса. Блок нагрузки предназначен для задания момента нагрузки на валу устройства. На корпусе также установлен статор датчика момента, ротор которого жестко соединен с валом. На данном роторе имеется обмотка управления. Данный датчик момента предназначен для создания компенсирующего момента на валу. На валу с возможностью вращения от собственного электродвигателя установлен корпус, в котором установлен статор исследуемого электродвигателя, ротор которого скреплен с валом. Устройство снабжено датчиком углового положения ротора, исследуемого электродвигателя, датчиком его вращения и датчиком момента. Блок управления устройства включает регистратор, коммутатор, схему управления, функциональный преобразователь, управляемые источники питания (см. АС СССР №1126904, кл. G01R 31/04, 1984 г. - наиболее близкий аналог).

В результате анализа выполнения известного устройства необходимо отметить, что оно не позволяет обеспечить измерение вращающего момента с высокой точностью, так как не позволяет компенсировать температурные погрешности и составляющие внешнего вредного момента.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений моментов, развиваемых электродвигателями.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве для измерения вращающего момента, содержащем корпус, чувствительный элемент, установленный в корпусе на упругих опорах, первый датчик углового положения чувствительного элемента, выход которого соединен с входом магнитоэлектрического компенсатора через первый усилитель постоянного тока, успокоитель и элементы крепления электродвигателя, новым является то, что в него введены второй датчик углового положения чувствительного элемента, второй усилитель постоянного тока, успокоитель выполнен на первом и втором датчиках угловой скорости чувствительного элемента, третьем усилителе постоянного тока и преобразователе тока во вращающий момент, причем усилители используются в режиме усилителей тока, при этом первый и второй датчики углового положения чувствительного элемента расположены симметрично и включены последовательно-согласно один относительно другого, а второй выход первого усилителя постоянного тока через второй усилитель постоянного тока соединен с входом измерителя тока, при этом датчики скорости чувствительного элемента расположены симметрично и соединены последовательно-согласно один относительно другого с входом третьего усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом преобразователя тока во вращающий момент

В устройство могут быть введены датчики температуры магнитных систем магнитоэлектрических компенсаторов, включенные в мостовую схему измерения температуры, выход которой подключен к входу усилителя тока, выход по току которого подключен к катушкам компенсации температурных изменений индукции постоянных магнитов магнитной системы магнитоэлектрических компенсаторов вращающего момента.

Технический результат достигается за счет использования первого и второго датчиков углового положения чувствительного элемента, которые включены согласно-последовательно и расположены симметрично относительно вертикальной оси чувствительного элемента. Датчики скорости чувствительного элемента расположены также симметрично и включены согласно-последовательно. Это компенсирует составляющие сигнала, вызванные поперечными колебаниями чувствительного элемента. Использование усилителей в режиме усилителей тока позволяет компенсировать температурные изменения параметров катушек. Использование датчика температуры магнитной системы компенсатора, включенного в мостовую схему (схеме) на входе усилителя, и катушки, образующей с магнитной системой компенсатора электромагнит, позволяет компенсировать температурные изменения индукции постоянных магнитов компенсатора.

Использование потенциометра для регулировки напряжения на входе усилителя и преобразователя тока во вращающий момент позволяют компенсировать постоянную составляющую внешнего вредного момента.

Использование потенциометра для регулировки коэффициента усиления усилителя позволяет устранить влияние изменения затухания от изменения момента инерции подвижной части при смене контролируемого электродвигателя гироскопа.

Устройство содержит корпус 1, чувствительный элемент 2, установленный в корпусе на упругих опорах 3, компенсатор 4, арретир 5, датчики 6, 7 углового положения чувствительного элемента, усилители 8, 9, 10 постоянного тока, измеритель тока 11, датчики скорости 12, 13 чувствительного элемента, преобразователь 14 тока во вращающий момент, элементы крепления 15 подлежащего исследованию электродвигателя, токоподводы 16. Устройство также содержит датчик температуры 17 магнитной системы компенсатора 4, усилитель 18, преобразующий изменение сопротивления датчика температуры 17 в постоянный ток, электромагнит 19 и потенциометр 20, позволяющий задавать напряжение на вход усилителя 21 постоянного тока, выход которого подключен к преобразователю 22 тока во вращающий момент. Потенциометр 23 обеспечивает регулирование коэффициента усиления усилителя 10.

Датчики скорости 12, 13 чувствительного элемента, третий усилитель 10 постоянного тока, потенциометр 23 и преобразователь 14 тока во вращающий момент образуют успокоитель с регулируемой эффективностью.

Датчик температуры 17, усилитель 18 и электромагнит 19 образуют систему устранения температурных изменений индукции компенсатора 4.

Потенциометр 20, усилитель 21 и преобразователь 22 тока во вращающий момент образуют систему компенсации постоянной составляющей внешнего вредного момента.

Устройство работает следующим образом.

Испытываемый электродвигатель (например, гироскопа) посредством элементов крепления 15 устанавливают на чувствительный элемент 2. При помощи потенциометра 20 выставляется такое напряжение на входе усилителя 21, которое вызывает в преобразователе 22 ток, компенсирующий внешний вредный момент.

Вращением рукоятки потенциометра 23 выставляется требуемое успокоение.

На испытываемый электродвигатель через токоподводы 16 подается питание. Реактивный момент, возникающий при разгоне ротора электродвигателя, действует на чувствительный элемент 2, отклоняя его от первоначального положения, например, по часовой стрелке. Это отклонение воспринимается датчиками 6, 7 углового положения чувствительного элемента, которые включены согласно-последовательно и расположены симметрично относительно вертикальной оси чувствительного элемента 2.

Такое расположение и включение датчиков позволяет исключить в их суммарном сигнале составляющие от поступательного движения чувствительного элемента (поперечные колебания) под действием внешней вибрации и, следовательно, повысить точность измерения. Суммарный сигнал датчиков 6, 7 поступает на вход первого усилителя 8 постоянного тока, где усиливается и подается в компенсатор 4, в котором протекающий компенсационный ток прямо пропорционально преобразуется в момент, противодействующий моменту, приложенному к чувствительному элементу 2 со стороны испытываемого электродвигателя.

После успокоения переходного процесса момент электродвигателя уравновешивается моментом, развиваемым компенсатором 4, и, следовательно, компенсационный ток, текущий на первом и втором выходах по току первого усилителя 8, пропорционален внешнему моменту, действующему на чувствительный элемент. Со второго выхода по току первого усилителя 8 сигнал поступает на вход второго усилителя 9 постоянного тока, который преобразует его в ток, амплитуда и направление которого, индицируемые на шкале измерителя тока 11, подключенного к выходу по току второго усилителя 9, соответствуют действующему на чувствительный элемент 2 вращающему моменту.

После разгона электродвигателя, о чем будет свидетельствовать установившаяся величина среднего значения момента (равная нулю для закрытого электродвигателя (гироскопа) и равная величине аэродинамического сопротивления - для открытого), с него снимается питание. Электродвигатель начинает выбегать. В этом случае на чувствительный элемент действует момент сопротивления вращению ротора (в опорах ротора), значение этого момента индицируется на шкале измерителя тока.

При этом успокоитель работает следующим образом.

Датчики скорости 12, 13 чувствительного элемента, расположенные симметрично и включенные согласно-последовательно, вырабатывают электрический сигнал, пропорциональный угловой скорости чувствительного элемента. Такое расположение и включение датчиков скорости исключает из суммарного сигнала их составляющие, вызванные поперечными колебаниями чувствительного элемента.

Суммарный сигнал с датчиков скорости поступает на вход третьего усилителя 10 постоянного тока, где усиливается, и с выхода по току подается в преобразователь 14 тока во вращающий момент. Преобразователь формирует момент, действующий на чувствительный элемент 2, пропорциональный угловой скорости, а направление момента таково, что препятствует движению чувствительного элемента (демпфирует его). Таким образом, обеспечивается успокоение (демпфирование) переходного процесса.

Использование в устройстве усилителей, выполняемых по принципу усилителя тока, позволило устранить влияние температурных воздействий внешней среды на динамические свойства устройства.

Так, использование в качестве усилителя обратной связи первого усилителя 8 позволило устранить влияние изменений температуры катушек компенсатора на собственную частоту устройства.

Введение в измеритель компенсационного тока второго усилителя тока 9 позволило устранить влияние изменений температуры на показания измерителя тока 11, что повышает точность.

В успокоителе за счет третьего усилителя тока 10 исключается влияние изменений температуры катушек преобразователя 14 тока во вращающий момент на степень успокоения (коэффициент демпфирования).

Использование датчика температуры 17, усилителя 18 и катушки 19 позволило устранить температурные изменения индукции компенсатора 4.

Таким образом, заявленное устройство обеспечивает повышение точности измерения.

1. Устройство для измерения вращающего момента, содержащее корпус, чувствительный элемент, установленный в корпусе на упругих опорах, первый датчик углового положения чувствительного элемента, выход которого соединен с входом магнитоэлектрического компенсатора через первый усилитель постоянного тока, успокоитель и элементы крепления электродвигателя, отличающееся тем, что в него введены второй датчик углового положения чувствительного элемента, второй усилитель постоянного тока, успокоитель выполнен на первом и втором датчиках угловой скорости чувствительного элемента, третьем усилителе постоянного тока и преобразователе тока во вращающий момент, причем усилители используются в режиме усилителей тока, при этом первый и второй датчики углового положения чувствительного элемента расположены симметрично и включены последовательно-согласно один относительно другого, а второй выход первого усилителя постоянного тока через второй усилитель постоянного тока соединен с входом измерителя тока, при этом датчики скорости чувствительного элемента расположены симметрично и соединены последовательно-согласно один относительно другого с входом третьего усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом преобразователя тока во вращающий момент

2. Устройство для измерения вращающего момента по п.1, отличающееся тем, что в него введены датчики температуры магнитных систем магнитоэлектрических компенсаторов, включенные в мостовую схему измерения температуры, выход которой подключен к входу усилителя тока, выход по току которого подключен к катушкам компенсации температурных изменений индукции постоянных магнитов магнитной системы магнитоэлектрических компенсаторов вращающего момента.

Изобретение относится к силоизмерительной технике, может быть использовано для измерения крутящего момента на вращающемся валу и решает задачу измерения крутящего момента, передающегося от одного вала к другому, даже при наличии осевого смещения.

Способ определения крутящего момента от газовых сил // 2476840

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения крутящего момента от газовых сил в объемных машинах. .

Способ определения мощностных характеристик вращающихся механизмов и всех типов двигателей, в том числе и двигателя внутреннего сгорания // 2427809

Изобретение относится к области диагностики вращающихся механизмов и двигателей различных типов, в том числе и двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано, в частности, для определения остаточного ресурса двигателей или оценки технического состояния в эксплуатационных условиях, а также в процессе изготовления или ремонта, а именно к методу для определения основных параметров двигателя.

Способ контроля мощности двигателя транспортного средства и способ работы бортового компьютера автомобиля // 2422787

Стенд для контроля пружин кручения // 2395064

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в машиностроении для проверки крутящих моментов пружин кручения на заданных углах поворота.

Устройство для измерения крутящего момента двигателя трактора типа "кировец" // 2382997

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а более конкретно к двигателям сельскохозяйственных машин и тракторостроению. .

Актюатор // 2375688

Изобретение относится к области механики. .

Способ и устройство измерения вращающего момента электрической машины // 2339012

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вращающего момента электрических машин, соединенных с рабочими машинами цепной или ременной передачей.

Способ определения статического момента тела // 2332650

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к методам определения статического момента тел, преимущественно длинномерных, и может быть использовано для измерения статического момента лопаток турбомашин.

Способ и устройство измерения вращающего момента электрической машины переменного тока // 2321834

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электротехнике, в частности для измерения вращающего момента электрических машин переменного тока.

Способ повышения энергетической эффективности механической передачи за счет оптимизации её нагрузочного режима // 2582494

Изобретение относится к области испытаний и может быть использовано для повышения энергетической эффективности механической передачи за счет оптимизации ее нагрузочного режима. КПД механической передачи η подчиняется гиперболической зависимости в функции от момента М на приводном валу. По данной зависимости можно определить граничное значение нагрузочного режима, при котором КПД механической передачи становится стабильным на уровне высоких значений. Принимая доверительный интервал вычисления предельного значения КПД механической передачи равным 90%, получаем граничное значение КПД ηГР, равное 0,9 ηΣ. Тогда на основании указанной гиперболической зависимости искомое граничное значение нагрузочного момента МГР на приводном валу механической передачи становится равным: МГР=10 МХΣ. Таким образом, на основе экспериментального определения суммарного момента холостого хода MXΣ на приводном валу механической передачи устанавливают величину минимально необходимого нагрузочного режима, равного МГР, при котором обеспечивается энергетическая эффективность работы механической передачи. После чего вычисляют также минимально необходимую мощность приводного двигателя NДB:NДВ=МГР·ω, где ω - заданная частота вращения приводного вала механической передачи. Технический результат заключается в упрощении процесса измерений, расширении функциональных возможностей. 1 ил.

Устройство для измерения крутящего момента, скорости вращения вала и мощности на валу // 2585482

Изобретение относится к силоизмерительной технике для стендовых испытаний двигателей, а также для контроля за их работой при эксплуатации, например, роторных ветродвигателей с вертикальным вращающимся валом. Заявленное устройство для измерения крутящего момента, скорости вращения вала и мощности на валу состоит из приводного участка, содержащего ведущий вал, и ведомого участка, содержащего ведомый вал, при этом приводной участок содержит ведущий фланец со ступицей и зажимом, а ведомый участок содержит ведомый фланец со ступицей и зажимом; на ступицы надета центрирующая втулка, а на нее надет подвижный фланец со ступицей, соединенный с ведущим фланцем установленными на нем штифтами с возможностью перемещения подвижного фланца по штифтам и по центрирующей втулке; между ведомым фланцем и подвижным фланцем установлена динамометрическая пружина, надетая верхними витками на ступицу подвижного фланца, а нижними витками надета на центрирующую втулку с зазором между динамометрической пружиной и центрирующей втулкой; при этом один крайний виток динамометрической пружины неподвижно прикреплен к подвижному фланцу, а другой крайний виток динамометрической пружины неподвижно прикреплен к ведомому фланцу; на ведомом фланце неподвижно к нему прикреплен торцовой поверхностью стакан, выполненный из диэлектрического материала, а на цилиндрической поверхности стакана установлены три токосъемных кольца, в одном из которых имеется токонепроводящий участок; к токосъемным кольцам прилегают токосъемные контакты, установленные через изоляцию в стойке, укрепленной на неподвижной опорной плите, к которой также прикреплен шестеренчатый насос, входящий своим валом в ступицу ведомого фланца, и закрепленный в ней зажимом, имеющимся на ведомом фланце; входное отверстие шестеренчатого насоса соединено трубопроводом с баком для масла, а выходное отверстие шестеренчатого насоса соединено трубопроводом с регулирующим вентилем и через него трубопроводом также соединено с баком для масла; в ступицу ведущего фланца входит ведущий вал испытуемого двигателя и зажимается в нем зажимом, имеющимся на ведущем фланце; на другом торце стакана установлен кольцевой реохорд, к которому прилегает электрический токосъемник, установленный на ведущем фланце и электрически изолированный от него; кольцевой реохорд, электрический токосъемник, токосъемные кольца, токосъемные контакты объединены в одну электрическую схему, в которую входят стабилизированный источник питания, измеритель мощности, электрически согласованные между собой, а их показания оттарированы в соответствующих единицах. Технический результат заключается в упрощении устройства системы измерения величин, основанной на закручивании тензометрической пружины и измерении сопротивления реохорда, упрощении процесса монтажа и демонтажа на испытуемых механизмах, обеспечении возможности постоянного использования и получения энергетических характеристик во время эксплуатации механизмов, обеспечении возможности регистрирования всех необходимых энергетических параметров, обеспечении возможности вывести показания энергетических параметров - скорости вращения, крутящего момента, приложенного к валу, мощности на валу - на самопишущие приборы или монитор компьютера с сохранением информации. 3 ил.

Универсальный стенд для определения характеристик электроприводов и движителей действующих моделей бпла // 2594048

Изобретение относится к области авиации, в частности к средствам для проведения испытаний приводов и движителей летательных аппаратов. Стенд для определения характеристик электроприводов и движителей беспилотных летательных аппаратов содержит корпус стенда, основание с кронштейнами крепления электропривода и датчика крутящего момента. Корпус стенда содержит узлы крепления нагрузочного устройства или вентилятора-движителя, при этом электропривод соединен с вентилятором посредством валов и муфт. Нагрузочное устройство содержит вентилятор, радиально-кольцевой конфузор и направляющий аппарат. Достигается возможность проведения испытаний электроприводов и движителей на одном стенде. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.