устройство для измерения крутящего момента

Формула изобретения

Устройство для измерения крутящего момента, содержащее измерительной полумост, размещаемый на валу, источник питания, подключенный через токосъемные контакты к вершинам полумоста, дифференциальный усилитель, к инвертирующему входу которого через токосъемный контакт и первый повторитель напряжения подключена одна из вершин полумоста, а выход дифференциального усилителя подключен к одному из входов устройства деления, отличающееся тем, что устройство снабжено инвертирующим сумматором, один из входов которого через токосъемный контакт и второй повторитель напряжения подключен к другой вершине полумоста, при этом выход инвертирующего сумматора подключен к прямому входу дифференциального усилителя и другому входу устройства деления, выход дифференциального усилителя подключен также ко второму входу инвертирующего сумматора, а средний вывод полумоста через токосъемный контакт соединен с общей точкой схемы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вращающихся валов, таких, как напряжение, деформация, а также крутящих моментов и мощности на валах.

Известно устройство для измерения крутящего момента по а.с. 979909, кл G 01 L 3/10, 1982, содержащее измерительный мост, размещенный на валу, токосъемные контакты, источник питания моста, усилитель, вычитающее устройство, умножающее устройство и резистор.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность из-за дестабилизирующего воздействия различных возмущающих факторов на тензорезисторы моста и резистор, изготовленные из разного материала и установленные в разных эксплуатационных условиях.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является измеритель крутящего момента по патента РФ 2068550, кл. G 01 L 3/10, 1996, содержащий измерительный мост, размещенный на валу, токосъемные контакты, источник питания моста, два дифференциальных усилителя и устройство деления.

Недостатком известного устройства является недостаточная надежность и сложность из-за большого числа тензопреобразователей, размещенных на вращающемся валу в условиях повышенных возмущающих воздействий со стороны контролируемого объекта, и большого числа токосъемных контактов для передачи информативных сигналов от тензопреобразователей в часть схемы, которая расположена на статоре.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения крутящего момента, содержащее измерительный полумост, размещаемый на валу, источник питания, подключенный через токосъемные контакты к вершинам полумоста, дифференциальный усилитель, к инвертирующему входу которого через токосъемный контакт и первый повторитель напряжения подключена одна из вершин полумоста, а выход дифференциального усилителя подключен к одному из входов устройства деления, снабжено инвертирующим сумматором, один из входов которого через токосъемный контакт и второй повторитель напряжения подключен к другой вершине полумоста, при этом выход инвертирующего сумматора подключен к прямому входу дифференциального усилителя и другому входу устройства деления, выход дифференциального усилителя подключен также ко второму входи инвертирующего сумматора, а средний вывод полумоста через токосъемный контакт соединен с общей точкой схемы.

На чертеже приведена схема устройства для измерения крутящего момента.

Устройство для измерения крутящего момента содержит измерительный полумост из двух тензопреобразователей 1 и 2, соответствующим образом размещенных на роторе, пять токосъемных контактов 3-7 контактного или бесконтактного токосъемника, предназначенных, соответственно, для подключения источника питания 8 к вершинам измерительного полумоста и вывода информативных сигналов в часть схемы устройства, которая расположена на статоре и содержит два повторителя 9 и 10 напряжения, дифференциальный усилитель 11, инвертирующий сумматор 12 и устройство 13 деления. Одна из вершин полумоста, образованная крайним выводом тензопреобразователя 1, через токосъемный контакт 5 и повторитель 9 напряжения подключена к инвертирующему входу дифференциального усилителя 11, выход которого подключен к соответствующему входу устройства 13 деления. Вторая вершина полумоста, образованная крайним выводом тензопреобразователя 2, через токосъемный контакт 6 и повторитель 10 напряжения подключена к одному из входов инвертирующего сумматора 12, выход которого подключен ко второму входу устройства 13 деления и прямому входу дифференциального усилителя 11, выход которого подключен также ко второму входу инвертирующего сумматора 12. Средний вывод полумоста, объединяющий соответствующие выводы тензопреобразователей 1 и 2, через токосъемный контакт 7 соединен с общей точкой схемы.

Устройство работает следующим образом.

При изменении параметров тензопреобразователей 1 и 2 в результате деформации вала напряжения на крайних выводах относительно общей точки схемы ввиду высокого входного сопротивления повторителей 9 и 10 напряжения определяются соответственно выражениями:





где Е - ЭДС источника 8 напряжения; r₁, r₂ - начальные значения сопротивлений тензорезисторов 1 и 2; r - информативное приращение значений сопротивлений r₁, r₂; r₃, r₄ - переходные сопротивления токосъемных контактов 3 и 4.

Ввиду малости входных токов повторителей 9 и 10 напряжения падением напряжений на токосъемных контактах 5 и 6 можно пренебречь. Соответственно, на выходах повторителей 9 и 10 напряжения сигналы равны:





где k₁ и k₂ - коэффициенты передачи повторителей 9 и 10 напряжения (в данном случае k₁=k₂=1).

Сигналы U*₁ и U*₂ поступают соответственно на инвертирующий вход дифференциального усилителя 11 и первый вход инвертирующего сумматора 12. Одновременно на второй вход сумматора 12 поступает сигнал U₃ с выхода дифференциального усилителя 11, на прямой вход которого поступает сигнал U₄ с выхода сумматора 12. Сопротивления резисторов 14-20 подобраны из условия r₁₄= r₁₅= r₁₆=r₁₇=r₁₈=r₁₉=r₂₀, в результате сигналы U₃ и U₄ определяются выражениями:





Сигналы U₃ и U₄ поступают на соответствующие входы устройства 13 деления, на выходе которого при условии r₁=r₂=r, где r - какое-либо номинальное значение, получаем:



Как видно из выражения (7), функция преобразования данного измерительного устройства является линейной, не зависит от нестабильности источника питания и параметров токосъемника. Применение данного изобретения повышает надежность устройства за счет сокращения количества тензопреобразователей, устанавливаемых в жестких эксплуатационных условиях, и сокращает количество каналов токосъемника для передачи информативных сигналов от тензопреобразователей в часть схемы, расположенную на статоре. Во многих случаях из-за недостатка места на роторе для размещения четырех тензопреобразователей подобные измерения вообще невозможны. Поэтому применение данного изобретения расширяет область использования устройства за счет обеспечения возможности проведения измерений в условиях недостаточного свободного пространства на вращающихся валах.