CZ232292A3

CZ232292A3 - Torque sensor

Info

Publication number: CZ232292A3
Application number: CS922322A
Authority: CZ
Inventors: Bohumil Ing Pospisil
Original assignee: Bohumil Ing Pospisil
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1994-01-19
Also published as: DE4323960A1; SK277849B6; CZ278479B6; SK232292A3

Abstract

The torque sensor incudes a stationary sensor for detecting axial displacement e.g. of an axial force, and/or a stationary dynamic torque control mechanism coupled to the axially displaceable centre section (3) of a hollow torsion casing (1). Two lateral parts are joined to the centre section via inclined braces (5) to form a radial angular pivotal motion to displacement converter. The inclination angle (alpha) of the braces' (5) longitudinal axes w.r.t. the longitudinal axis (o) of the torsion casing (1) lies between +/- 70 and +/- 90 deg. The positive or negative sensor of the inclination angle depends on the orientation of the brace w.r.t. the centre section of the torsion casing. USE/ADVANTAGE - For testing and long-term measurements. Can operate in non-rotating torsion bars, esp. shafts, and in shafts rotating at any speed.

Description

Qblast techniky — ——Qblast Techniques - ——

Vynález se týká snímače kroutícího momentu,přenášeného stojícím nebo rotujícím hřídelem, nebo jinou torzní pružinou. Velikost a smysl kroutícího momentu, který se projevuje relativním radiálním natočením dvou vzájemně v odstupu uspořádaných příčných řezů zatěžovaného hřídele, se převádí zkrutným pláštěm na axiální posuv, který se transformuje stojící soustavou snímačů posuvu na odpovídající analogový signál, nebo se snímají síly vyvozované axiálně posuvnou částí zkrutného pláště, případně se na tuto část zkrutného pláště přímo napojí ovládání regulace.The invention relates to a torque sensor transmitted by a stationary or rotating shaft or other torsion spring. The magnitude and sense of torque, which is manifested by the relative radial rotation of the two spaced cross-sections of the loaded shaft, is converted by a torsion sheath to an axial displacement which is transformed by a stationary displacement transducer assembly into a corresponding analog signal. or the control control is directly connected to this part of the torsion shell.

Dosavadní stav techniky.BACKGROUND OF THE INVENTION.

Pro snímání a měření kroutícího momentu byla dosud vyvinuta celá řada řešení na různém principu, aniž by však byl tento proí l· blém plně vyřešen, zejména v oblasti provozních měření výkonů točivých strojů. Mimo jiné existují již i snímače kroutícího momentu využívající možnosti převodu relativního úhlového natočení dvou vzájemně v odstupu od sebe uspořádaných příčných řezů hřídele přenášejícího kroutící moment na axiální změnu délky částí vlastního hřídele, které jsou k tomuto účelu upravené, nebo na axiální změnu vzájemné polohy jednotlivých částí převodníku, který se upevňuje koaxiálně na hřídel. ,Many torque solutions have been developed for torque sensing and measurement, but this problem has not yet been fully solved, particularly in the field of operational measurement of rotating machine power. Among other things, there are already torque sensors using the possibility of converting the relative angular rotation of two mutually spaced cross-sections of the torque-transmitting shaft to axially change the length of the shaft parts which are adapted for this purpose or to axially change the relative position of the individual parts a transducer that is mounted coaxially on the shaft. ,

Zařízení využívající pro měření kroutícího momentu axiální posuvy upravených částí samotného hřídele je známé z německé patentové přihlášky ^zveřejněné v roce 1931. Podle tohoto řešení je část hřídele vytvořená jako dutá trubka, která má po obvodu své2 ho pláště uspořádanou alespoň jednu řadu štěrbin tak, že stojiny materiálu, které mezi štěrbinami zůstávají, svírají s osou hřídele úhel v rozsahu, od - 20° do - 70°. Po obou stranách řady štěrbin je dutý hřídel opatřený přírubovými, obvodovými prstenci.. Jednomu z těchto prstenců je přiřazený snímač axiálního posuvu pro měření změny axiální délky trubky opatřené štěrbinami,Apparatus utilizing axial displacement of the modified shaft portions for torque measurement is known from German patent application published in 1931. According to this solution, the shaft portion is formed as a hollow tube having at least one row of slots arranged around its circumference such that the webs of material remaining between the slots form an angle with the shaft axis in the range of - 20 ° to - 70 °. On either side of the row of slots is a hollow shaft provided with flange circumferential rings. One of these rings is assigned an axial displacement sensor to measure the change in the axial length of the slotted tube,

V případě, že má dutá část hřídele dvě řady štěrbin, jsou tyto štěrbiny popřípadě vzniklé stginy orientované vzhledem k ose hřídele opačně. Mezi řadami štěrbin a po stranách jsou pak uspořádané tři přírubové prstence a jsou navržené dva indukční snímače dráhy, jimiž se mohou kompenzovat celkové axiální posuvy vlivem změny axiálního uložení hřídele. Indukční snímač dráhy je přitom tvořený vždy dvěma cívkami v obvyklém jednostranném uspořádání, Ψ· s jednostranně otevřeným magnetickým obvodem, kde je každá cívka schopná reagovat pouze na změnu velikos-ti—jedné-axi-á-l-n-í—mez-ery-r—-—-----_____If the hollow part of the shaft has two rows of slots, the slits or stems formed are oriented opposite to the shaft axis. Three flange rings are then arranged between the rows of slots and on the sides, and two inductive displacement sensors are designed to compensate for the total axial displacements due to a change in the axial bearing of the shaft. The inductive travel sensor is in each case formed by two coils in the usual one-sided arrangement, with a one-sided open magnetic circuit, where each coil is able to react only to the change of the size of one-axi-l-l-gap-ery-r —-—-----_____

Nedostatkem tohoto měřicího zařízení je kromě nízké citlivosti, přesnosti a stability měření také nutnost opatřit každý měřený hřídel dutým úsekem s řadou nebo řadami štěrbin a stojin, které jsou z pevnostního hlediska schopné přenést celý měřený kroutící moment. S tím jsou spojené vysoké náklady a nepoužitelnost takového zařízení pro měřeni kroutícího momentu na jiných hřídelích.The disadvantage of this measuring device is, besides the low sensitivity, accuracy and stability of the measurement, also the necessity to provide each measured shaft with a hollow section with a row or rows of slots and webs which are capable of transmitting the entire measured torque. This entails the high cost and unusability of such a torque measuring device on other shafts.

Další známé řešení, které využívá principu převodu relativního radiálního úhlového natočení na axiální posuv, zveřejněné rovněž v roce 1981, je popsané v československém autorském osvědčení, které bylo vydáno v roce 1984. Podle předmětu tohoto autorského osvědčení je však převod relativního radiálního úhlového natočení na axiální posuv uskutečněný prostřednictvím převodníku, který se na hřídel přenášející kroutící moment souose pevně uchytí.Another known solution, which uses the principle of converting relative radial angular rotation to axial displacement, also published in 1981, is described in the Czechoslovak author's certificate, which was issued in 1984. However, according to the subject of this author's certificate is the conversion of relative radial angular rotation to axial a displacement by means of a transducer which is fixed to the torque-transmitting shaft coaxially.

Tento mechanický převodník je tvořený dutým zkrutným pláštěm, který sestává ze dvou krajních a jedné střední části, které jsou navzájem souosé a spojené řadami příček. Příčky jsou tuhé ve směru radiálním a poddajné ve směru tangenciálním a jsou uspořádané po obvodu zkrutného pláště tak, že se směrem od krajních částí šípovitě sbíhají k jeho střední části. Obě krajní Části zkrutného pláště jsou určené pro jeho koaxiální upevnění na hřídel přenášející kroutící moment, zatímco střední část se může vůči tomuto hřídeli při jeho zatížení axiálně posouvat. Každá část zkrutného pláště je na svém vnějším povrchu s výhodou opatřená obvodovým prstencem, takže na obvodu zkrutného pláště vzniknou axiální meziprostory pro umístění snímačů axiálního posuvu jeho Částí. Za účelem měření velikosti a smyslu kroutícího momentu je nutné takto umístit v dosahu < střední části nejméně jeden snímač jejího axiálního posuvu vzhledem ke krajní části.This mechanical transducer consists of a hollow torsion shell, which consists of two outer and one central parts, which are coaxial to each other and connected by rows of crossbars. The crossbars are rigid in the radial direction and yielding in the tangential direction and are arranged around the circumference of the torsion shell so that they converge in an arrow-like direction towards the central part from the extreme portions. The two outer portions of the torsion casing are intended to be coaxially mounted on a torque transmitting shaft, while the central portion can move axially relative to the shaft under load. Preferably, each portion of the torsion skirt is provided with a peripheral ring on its outer surface so that axial interstices are formed on the periphery of the torsion skirt to accommodate axial displacement sensors of its portions. In order to measure the magnitude and purpose of the torque, it is necessary to place at least one sensor of its axial displacement relative to the extreme part within the range <of the central part.

Příčky jsou přitom k jednotlivým částem zkrutného pláště připojeny pevně nebo kloubově tak, že osy otáčení jsou v místech připojení kolmé k jeho podélné ose, přičemž v popisu příkladu konkrétního provedení podle tohoto autorského osvědčení se stejně jako v patentových nárocích shora uvedené německé patentová přihlášky uvádí, že příčky svírají s osou převodníku úhel +/- 45°.The partitions are rigidly or articulated to the individual parts of the torsion shell so that the axes of rotation are at the points of attachment perpendicular to its longitudinal axis, and in the description of an example of a particular embodiment according to this author's certificate that the crossbars form an angle of +/- 45 ° to the transducer axis.

V československém autorském osvědčení jsou oproti německé zveřejněné patentové přihlášce uvedeny ještě další možnosti, jak využít účinky kroutícího momentu převedené na axiální posuv. Jedná se zejména o určení velikosti a smyslu kroutícího momentu měřením axiální síly vyvozované střední částí vzhledem ke krajním Částem a o možnost přímého mechanického napojení axiálně posuvné střední části zkrutného pláště na ovládací část regulačního systému.In addition to the German published patent application, the Czechoslovak author's certificate lists other possibilities for utilizing the torque effects converted to axial displacement. In particular, the determination of the magnitude and sense of torque by measuring the axial force exerted by the central part relative to the extreme parts and the possibility of direct mechanical connection of the axially displaceable central part of the torsion shell to the control part of the control system.

Je patrné, že řešení snímače kroutícího momentu popsané v československém autorském osvědčení nevyžaduje nutnost větší úpravy nebo eventuální přerušení měřeného hřídele, nenarušuje torzní vlastnosti měřeného zařízení, je přenosné na jiné hřídele a odstraňuje tak nejzávažnější nedostatky řešení snímače kroutícího momentu známého ze zveřejněné německé patento^· vé přihlášky. Nadále však vykazuje ještě nedostatečnou citlivost a tím i přesnost měření, způsobenou hlavně konstrukcí zkrutného pláště a ne zcela vyhovujícím provedením elektrických-sn-í-mačů—a-xl-álHilkJft-pestivů^Oho-s-i-ředn-M-á-sti—z-hi-ed-i-sk-a^— kompenzace·rušivých provozních vlivů.It is evident that the torque sensor solution described in the Czechoslovak copyright certificate does not require the need for major modification or eventual interruption of the measured shaft, does not interfere with the torsion properties of the measured device, is portable to other shafts and eliminates the most serious shortcomings of the torque sensor solution known from the published German patent. applications. However, it still exhibits a lack of sensitivity and hence measurement accuracy, mainly due to the construction of the torsion shell and the not entirely satisfactory embodiment of the electric-sinusoid-a-xl-aluminum-fluxes. z-hi-ed-i-sk-a ^ - compensation for disruptive operating effects.

Úkolem ftí*odlBžcníhcý vynálezu je odstranit zmíněné nedostatky shora popsaných řešení a vytvořit snímač kroutícího momentu ^působícího jak ve stojících torzních pružinách, zejména hřídelích, tak i v rotujících hřídelích při jejich libovolných otáčkách vhodný svým provedením, přesností a spolehlivostí nejen pro zkušební, ale i pro trvalá provozní měření.It is an object of the present invention to overcome the drawbacks of the above-described solutions and to provide a torque sensor acting both in stationary torsion springs, in particular shafts, and rotating shafts at any speed appropriate to their design, accuracy and reliability for continuous operational measurements.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky dosavadních řešení odstraňuje a vytčený úkol plní snímač kroutícího momentu s mechanickým pre[tcdfť nytakwj vodein radiálního úhlového natočení na axiální posuv/Jtvořený dutým zkrutným pláštěm^sestávájícím ze dvou krajních částí pro pevné uchycení ke hřídeli^přenášejícímu kroutící moment, neboThe aforementioned drawbacks of the prior art are overcome and the task is accomplished by a torque sensor having a mechanical pre-axial displacement radial angular displacement formed by a hollow torsion sheath consisting of two edge portions for firmly attached to the torque transmitting shaft, or

Ví které na tento hřídel přímo navazují, a ze střední části, která je s nimi souosá a mechanicky spojená s oběma krajními částmi příčkami^uspořádanými po obvodu zkrutného pláště šípovitě od krajních částí ke střední části, přičemž v dosahu střední části je přiřazen nejméně jeden snímač jejího axiálního posuvu, nebo je střední část zkrutného pláště ve styku se snímačem axiální síly,vyvažované střední částí vzhledem ke krajním částem, nebo je střední část zkrutného pláště mechanicky napojena pro přímé ovládání regulace.It knows which shaft is directly connected to it and from the central part which is coaxial therewith and mechanically connected to the two outer parts by means of rungs arranged on the circumference of the torsion casing in an arrow-shaped manner from the outer parts to the central part. its axial displacement, or the central part of the torsion skirt is in contact with the axial force sensor, balanced by the central part with respect to the extreme portions, or the central part of the torsion skirt is mechanically coupled for direct control of the control.

Podstata vynálezu spočívá v tům, že úhel sklonu příček j vzhledem k podélné ose zkrutného pláště, to jest úhel, který > ý • *Λ« ¹ svírají podélné osy příček s podélnou osou zkrutného pláště, _? je v rozsahu od - 70 ⁰ do - 90 přičemž kladný nebo záporný smysl úhlu sklonu příček závisí na jejich orientaci vzhledem, ke , γ ► střední části zkrutného pláště. .The invention consists in tum, the angle of inclination j partitions to the longitudinal axis of the torsion shell, i.e. the angle which> Y • * Λ ^«1 partitions enclose a longitudinal axis with the longitudinal axis of torsional _jacket? it is in the range of - 70 ⁰ to - 90 where the positive or negative sense of the rake angle depends on their orientation relative to, γ ► the central part of the torsion shell. .

| Podle jedné výhodné alternativy snímače kroutícího momentu je snímač axiálního posuvu střední části dvoustranný a uspořádaný jednou citlivou stranou v dosahu axiálních posuvů střední části zkrutného pláště, zatímco jeho druhá, stejně citlivá strana je v dosahu axiálních posuvů příslušné krajní části zkrutného pláště.| According to one preferred alternative of the torque sensor, the axial displacement sensor of the central portion is bilateral and arranged with one sensitive side within the range of axial displacements of the middle portion of the torsion skirt, while its other equally sensitive side is within the range of axial displacements of the respective extreme portion of the torsion skirt.

U jiné výhodné formy provedení snímače kroutícího momentu je proti čelní ploše střední části zkrutného pláště v dosahu jejích axiálních posuvů umístěna alespoň jedna tryska na plynné nebo kapalné medium, která je součástí ovládání regulace.In another preferred embodiment of the torque sensor, at least one nozzle for gaseous or liquid medium, which is part of the control control, is disposed against the front face of the central part of the torsion housing within the reach of its axial displacements.

Výhodou snímače kroutícího momentu s převodem radiálního úhlového natočení na axiální posuv podle vynálezu je vysoká citlivost převodu kroutícího momentu na axiální posuv, velmi účinná kompenzace vlivu změn axiálního, uložení i vibrací snímačů axiálních posuvů a případná možnost přímého ovládání regulace neellfítricky a bezdotykově.The advantage of the torque sensor with radial angular to axial displacement conversion according to the invention is the high sensitivity of the torque to axial displacement, a very effective compensation of the influence of changes in the axial, bearing and vibration of the axial displacement sensors and possible control.

Pro všechny alternativy snímačů kroutícího momentu podle vynálezu má zásadní význam vytvoření příček s úhlem sklonu v rozsahu od - 70 ⁰ do - 90 °. Umožňuje totiž dosáhnout až několikanásobně větší axiální posuvy odpovídající přenášeným kroutícím momentům oproti dosavadním příčkám s úhlem sklonu pohybujícím se většinou v okolí - 45 °, což má na rozšíření a prak tické využití daného typu snímačů kroutícího momentu rozhodující vliv.For all the alternatives of the torque sensors according to the invention, it is essential to create cross bars with an inclination angle in the range of -70 ^° to -90 °. In fact, it allows to achieve up to several times greater axial displacements corresponding to the transmitted torques compared to the existing rungs with an inclination angle mostly around - 45 °, which has a decisive influence on the expansion and practical use of the given type of torque sensors.

Na dobrých vlastnostech snímačů kroutícího momentu vybavených jedním nebo více snímači axiálního posuvu se výrazně podí 14—p od-l-e—vyn ál-ez u~p r o v ede n é~u sp oř.á d á n í~s n í ni ačů~ posuvu. P ouzTfí' dvoustranných snímačů axiálního posuvu se na rozdíl od obvykle používaných snímačů s jednou citlivou stranou projevuje samočinnou kompenzací vlivu změny jejich axiálního uložení a tím i vlastních axiálních vibrací.The good performance of torque sensors equipped with one or more axial displacement sensors is significantly increased by 14% of the torque transducers. . Unlike conventional sensors with one sensitive side, bilateral axial displacement transducers are self-compensating for the effect of changing their axial bearing and hence the axial vibration itself.

Přímé napojení regulace na snímač kroutícího momentu vede ke značnému zjednodušení regulační soustavy. V případě rotujícího hřídele dává použití trysky na plynné nebo kapalné medium možnost provést toto přímé napojení bezdotykově bez pomocí ložisek.The direct connection of the control unit to the torque sensor leads to a considerable simplification of the control system. In the case of a rotating shaft, the use of a gaseous or liquid medium nozzle allows the direct connection to be made without contact by means of bearings.

Přehled obrázků na výkreseOverview of the drawings

Vynález bude blíže vysvětlen na jednom konkrétním příkladu provedení snímače kroutícího momentu se snímacím ústrojím axiálního posuvu tvořeným elektrickými indukčními snímači posuvu, > jehož celkové uspořádání je schematicky znázorněné v částečném podélném řezu na připojeném výkrese.The invention will be explained in more detail with reference to one specific embodiment of a torque sensor having an axial displacement transducer comprising electric inductive displacement transducers, the overall arrangement of which is schematically shown in partial longitudinal section in the accompanying drawing.

Příklady provedení vynálezu |r připojeného obrázku jo-d-obřo zřejmé, žojSnímač kroutícího momentu podle vynálezu sestává ze zkrutného pláště který je tvořený dutým cylindrickým tělesem upevněným souose, neotočně na hřídel £ přenášející kroutící moment Mk a stacionární soustavou elektrických indukčních snímačů 10 posuvu umístěných v držáku 9, který je.na zkrutném plášti 1.uložený otočně a axiálně neposuvně. Další možností úpravy uchycení nerotujícího · držáku 2 přitom může být jeho otočné uložení na měřený hřídel h, nebo pevné uložení na statorovou Část měřeného zařízení.It will be appreciated that the torque sensor according to the invention consists of a torsion shell consisting of a hollow cylindrical body mounted coaxially, non-rotatably to a torque transmitting shaft Mk and a stationary set of electric inductive displacement transducers 10 disposed in the present invention. a holder 9 which is mounted rotatably and axially non-movably on the torsion skirt 1. Another possibility of adjusting the gripping of the non-rotating holder 2 can be rotatably supported on the shaft to be measured h, or fixed mounting on the stator part of the measured device.

Zkrutný pláží 1. sestává ze dvou krajních částí 2 a 4. a střední části 2 uspořádané koaxiálně mezi nimi. Na hřídel £ je zkrutný plaší 2 pevně uchycen pouze levou krajní částí 2 a pravou krajní částí £, a to v rovinách kolmých na jeho podélnou osu £, která je zároveň i osou rotace hřídele h.. Střední část 2 je průchozí, axiálně posuvná a je s každou krajní částí 2 i 2 mechanicky spojená příčkami 2 ,^ve tvaru plochých žeber obdélníkového příčného průřezu, která jsou tuhá v radiálním a poddajná v tangenciálním směru k podélná ose £ a která směřují šikmo šípovitě ke střední Části 2· D znázorněného provedení tvoří příčky 2 integrální součást zkrutného pláště jsou uspořádané rovnoměrně po jeho obvodu a jejich konce jsou s příslušnými krajními částmi 2 a 4 a se střední částí.2 spojené pevně.The torsion beach 1 consists of two outer parts 2 and 4 and a central part 2 arranged coaxially between them. The torsion shaft 2 is rigidly attached to the shaft 4 only by the left extreme part 2 and the right extreme part 4, in planes perpendicular to its longitudinal axis 4, which is also the axis of rotation of the shaft h. The central part 2 is continuous, axially movable. is mechanically connected to each end part 2 and 2 by the crossbars 2, ^{in the} form of flat ribs of rectangular cross-section, which are rigid in radial and yielding tangentially to the longitudinal axis 4 and which are inclined diagonally to the central part 2 · D 2, the integral part of the torsion sheath is arranged evenly around its periphery and their ends are fixedly connected to the respective end portions 2 and 4 and the center part.

Úhel sklonu 06 podélné osy příček _5 vzhledem k podélné ose _o zkrutného pláště 2 se volí v rozsahu úhlu ad í 70 °do - 90 ⁰s ohledem na požadovanou citlivost převodu vzájemného radiálního úhlového natočení hřídele 2 v místech pevného uchycení zkrutného pláště 2 na odpovídající axiální posuv jeho střední části 3·The inclination angle 06 of the longitudinal axis of the crossbars 5 relative to the longitudinal axis o of the torsion skirt 2 is selected in an angle α of 70 ° to -90 ^° with respect to the desired sensitivity of the radial angular rotation of the shaft 2. displacement of its central part 3 ·

Jak krajní části 2 a £, tak i střední část 2 zkrutného pláště 2 jsou pro účely snímání jejich axiálních posuvů opatřeny obvodovými prstenci £, které v axiálním směru vymezují meziprostory 2 ⁵ konstantní šířkou po celém obvodu zkrutného pláště 2· Oo těchto meziprostorů 2 js°u umístěny dvoustranné snímače 10 posuvu v axiálním směru, v tomto případě elektric1 ké indukční snímače, tak, že mezi každou axiálně citlivou stra nou snímače 10 posuvu a přivrácenou stranou obvodového prstence 6 vznikne mezera 2· Kolem střední části 2 mohou snímače 10 p o.suvjj_s„v ýh o d o uutyi v.á tet-d voji c i-,-,kt erá-m á-s p o-l-e ě n o u-e-l-e k——tričky citlivou osu rovnoběžnou s podélnou osou £ zkrutného pláště 2·For the purpose of sensing their axial displacements, both the outer portions 2 and 6 and the central portion 2 of the torsion skirt 2 are provided with circumferential rings 8 which define the axial direction of the interspaces ^{25 with a} constant width over the entire circumference of the torsion skirt. The two-sided displacement transducers 10 are positioned in the axial direction, in this case electric inductive transducers, so that a gap 2 is formed between each axially sensitive side of the displacement transducer 10 and the facing side of the circumferential ring 6. suvjj_s' lef odo uutyi v a t-d solder, which has a t-sensitive axis parallel to the longitudinal axis 6 of the torsion sheath.

- Jednotlivé elektrické indukční snímače'10 posuvu jsou přitom tvořené elektrickými cívkami s kovovými jádry a plášti otevřenými na obou stranách a vyrobenými z magneticky měkkého materiálu, které se umislují do meziprostorů ]_ tak, že se jejich magnetické obvody na obou stranách uzavírají přes vzduchové mezery 2 ^a přes obvodové prstence £, které jsou pro tento účel vyrobené rovněž z magneticky měkkého materiálu.The individual electric inductive displacement sensors 10 are formed by electric coils with metal cores and shells open on both sides and made of soft magnetic material, which are placed in the interspaces, so that their magnetic circuits on both sides are closed by air gaps 2 ^and through circumferential rings 4, which are also made for this purpose of a magnetically soft material.

Funkce snímače kroutícího momentu podle vynálezu vyplývá z jeho· konstrukce a je následující. Zatížení hřídele h přenášeným kroutícím momentem Mk vyvolává vzájemné radiální úhlové na točení rovnoběžných příčných řezů hřídele h, které má za následek i vzájemné radiální úhlové natočení krajních částí 2 a zkrutného pláště £, aniž by se měnila jejich vzájemná axiální vzdálenost. Díky uspořádání příček £ po obvodu zkrutného pláště £ se takovéto natočení krajních částí _2 a projeví odpovídajícím axiálním posuvem střední části £· Dochází k tomu vlivem navzájem opačného namáhání, které přitom vzniká v příčkách _5> které spojují střední část 2 s levou krajní částí £, oproti namáhání v příčkách spojujících střední část 2 ³ pravou krajní částí 2· De patrné, že příčky 2 namáhané tlakem se vzhledem k příčné rovině pružně napřimují, zatímco příčky 2 namáhané tahem se vzhledem k téže rovině pružně přiklánějí, což je právě nutně provázeno axiálním posuvem střední části 2· Smysl a velikostjto- si hoto axiáZního posuvu přitom závisí na smyslu a velikosti pře- i nášeného kroutícího momentu Mk. Jejich vzájemná orientace je vyznačená na přiloženém nákresu a platí beze změny za klidu i rotáce hřídele Ji v obou smyslech jeho otáčení. ýThe function of the torque sensor according to the invention results from its construction and is as follows. The load on the shaft h transmitted by the torque Mk causes a mutual radial angular rotation to rotate parallel cross-sections of the shaft h, which also results in a radial angular rotation of the outer portions 2 and the torsion housing 6 without changing their mutual axial distance. Due to the arrangement of the crossbeams around the circumference of the torsion skirt, such a rotation of the edge portions 2 and the corresponding axial displacement of the middle portion 4 results in mutually opposite stresses which occur in the crossbars 5 which connect the center portion 2 with the left edge portion 6. In contrast to the stresses in the rungs joining the central part 2 ^{3 by the} rightmost part 2, it can be seen that the rungs 2 subjected to compression are resilient with respect to the transverse plane, while the rungs 2 under tension are inclined resiliently with respect to the same plane. The sense and magnitude of this axial displacement depend on the sense and magnitude of the torque Mk. Their relative orientation is indicated in the enclosed drawing and applies without any change at rest also the rotation of the shaft Ji in both senses of its rotation. ý

Pro převedení axiálního posuvu střední části 2 zkrutného pláště 2 na elektrický výstupní signál slouží elektrické indukční snímače 10 posuvu, které jsou v souladu s podstatnou alternativou vynálezu dvoustranné. Změnou své impedance reagují současně a se stejnou citlivostí nejen na změnu šířky mezery 2 vůči obvodovému prstenci £ na střední části £> ale i ^na změnu šířky mezery £ vzhledem k obvodovému prstenci £ na příslušné krajní části 2 nebo £. Výsledná změna jejich impedance proto závisí na souhrnné celkové změně šířky mezer £ na obou aktivních stranách snímače 10 posuvu. Na výstupním elektrickém signálu se potom může v plné míře projevit pouze měřený axiální po10 suv střední části 2 zkrutného pláště JL, zatímco malé axiální pohyby snímače 10 posuvu uvnitř meziprostoru 7. jej nemohou ovlivnit. Následkem toho dochází k velmi účinnému potlačení vlivu nežádoucích změn axiálního uložení snímačů 10 posuvu vzhledem ke zkrutnému plášti 2» které za provozu snímače kroutícího momentu běžně nastávají.To convert the axial displacement of the central part 2 of the torsion casing 2 into an electrical output signal, electric displacement inductive displacement sensors 10 are used which, in accordance with the essential alternative of the invention, are bilateral. By varying their impedance, they respond simultaneously and with the same sensitivity not only to the variation of the width of the gap 2 relative to the circumferential ring 6 on the central portion 6, but also ^{to the} variation of the gap width? The resulting change in their impedance therefore depends on the cumulative overall change in the gap width θ on both active sides of the displacement sensor 10. Only the measured axial displacement 10 in the middle portion 2 of the torsion sheath 11 can fully affect the output electrical signal, while small axial movements of the displacement sensor 10 within the interspace 7 cannot affect it. As a result, the effect of undesirable changes in the axial bearing of the displacement sensors 10 relative to the torsion shell 2, which normally occurs during operation of the torque sensor, is very effectively suppressed.

Při použiti více snímačů 10 posuvu a při jejich výhodném řazení do dvojic na společné elektricky citlivé ose lze tyto snímače 10 posuvu elektricky připojit na příslušnou aparaturu tak, aby se účinky vyvolané měřeným axiálním posuvem sčítaly a aby se samočinně kompenzovaly nežádoucí účinky od teplotních dilatací a osových sil. Při můstkovém elektrickém měření výstupních signálů.jsou proto snímače 10 posuvu z jedné dvojice zapojené do sousedních větví impedančního můstku a tvoří takzvané půlmůstkové zapojení, které lze v případě sudého počtu dvojic podle potřeby změnit na zaooj.en.i_celomús.tkové-s—v-y.ššícitlivostí.When using multiple displacement transducers 10 and advantageously pairing them on a common electrically sensitive axis, these displacement transducers 10 may be electrically coupled to the appropriate apparatus so that the effects caused by the measured axial displacement add up and automatically compensate for adverse effects from thermal dilatations and axial displacement. sil. Thus, in a bridge electrical measurement of the output signals, the displacement transducers 10 of one pair are connected to the adjacent branches of the impedance bridge and form a so-called half-bridge connection, which can be changed to a single-point wiring if required. ššcitlivostí.

V případě dostatečně velkých axiálních posuvů střední části 2 zkrutného pláště 2 lze pomocí -nerotujícího držáku 5 umístit ve funkčním dosahu obvodových prstenců £ jednu nebo více axiálních trysek na plynné nebo kapalné medium. Tyto trysky mohou být součástí regulačních obvodů a mohou takto přímo a bezdotykově reagovat na změny kroutícího momentu Mk odpovídá- ’ jícími změnami průtočného množství použitého media.In the case of sufficiently large axial displacements of the central part 2 of the torsion casing 2, one or more axial nozzles can be placed on the gaseous or liquid medium within the operating range of the peripheral rings 5 by means of a non-rotating holder 5. These nozzles can be part of the control circuits and can thus react directly and without contact to changes in torque Mk corresponding to changes in the flow rate of the medium used.

V případě opření střední části 2 zkrutného pláště 2 ^v axiálním směru o jeden nebo více snímačů axiální síly, což není na 'výkrese znázorněno, je možné snímat působeni kroutícího momentu Mk prostřednictvím odpovídajících silových účinků. Při použití potřebných ložisek lze tento převod kroutícího momentu Mk uskutečnit i za rotace hřídele h_.If the central part 2 of the torsion shell 2 is supported ^{in the} axial direction by one or more axial force sensors, which is not shown in the drawing, it is possible to sense the effect of the torque Mk by means of corresponding force effects. If the required bearings are used, this torque transmission Mk can also be performed with shaft rotation h_.

Jestliže jsou axiální posuvy střední části 2 -zkrutného pláště 2 odpovídající přenášeným kroutícím momentům Mk dostatečně velké, umožňují přesné a stabilní přímé převedení těchto posuvů na některé regulační prvky prostřednictvím poměrně jednoduchých kinematických mechanismů.If the axial displacements of the central part 2 of the torsion casing 2 corresponding to the transmitted torques Mk are sufficiently large, they allow an accurate and stable direct conversion of these displacements to some control elements by means of relatively simple kinematic mechanisms.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Snímače kroutícího momentu podle vynálezu lze prakticky využít téměř pro veškerá laboratorní a provozní měření rotujících i stacionárních strojů a pohonů bez podstatného zásahu do jejich • -,ř konstrukce a ovlivnění jejich mechanických parametrů.The torque sensors according to the invention can be practically used for almost all laboratory and operational measurements of rotating and stationary machines and drives without significant interference with their design and affecting their mechanical parameters.

Velmi širokého uplatnění může dosáhnout snímač kroutícího momentu jako torzní siloměr pro různé typy dynamometrů a vah vhodných i do těžkých provozních podmínek.A very wide application can be achieved by a torque sensor as a torsion load cell for various types of dynamometers and scales suitable even for difficult operating conditions.

Významné je i využití |oho výbornýoh dynof»t-skýs-h- vlostnoediagnostiku točivých strojů a pro jejich zabezpečení proti náhlé poruše.Also important is the use of the excellent dynof »t-skýs-h-wave-diagnostics of rotating machines and for their protection against sudden failure.

Claims

PATENTOVÉ N

A torque sensor comprising a stationary axial displacement or axial force transducer and / or a stationary kinematic torque control mechanism, which is connected to a central, axially displaceable portion of a hollow torsion shell having two coaxially disposed axially displaceable parts. end portions adjoining the shaft and / or for firmly attached to the torque transmitting shaft, the two end portions being connected to the central part by crossbars arranged obliquely arrow-like around the circumference of the torsion casing.

from the extremities to the central part of the torsion shell, which. f Τ '; . '. '; forms a mechanical transducer of reciprocal radial angular rotation at the points of its attachment to the shaft to the corresponding swivel in its central part, with the following: __________ -________________________________________________ (o) of the torsion skirt (1) is in the range of angles from -70 ° to -90 °, whereby the positive or negative sense of inclination angle (α) depends on the orientation of the crossbars (5) relative to the central portion (3) of the torsion skirt (1).

Torque sensor according to claim 1, c ^ i / TY Vajra ^'m Ezi that the central part (3) and krajnímčástmi (

2 IR) _s _ ^ Anti-roll shell (1) is arranged at least one bilateral sensor (10) sliding so that, reach its sensitive side located central part (3), while in.

within the range of its second, equally sensitive side, lies the respective extremities (2 _t 'i) 13

A torque sensor according to claim 1, characterized in that at least one nozzle of liquid or gaseous medium is arranged opposite the end face on the central part (3) of the torsion shell (1).