RU1809335C - Device for measuring torque and rotation angle on rotating shafts - Google Patents

Device for measuring torque and rotation angle on rotating shafts

Info

Publication number
RU1809335C
RU1809335C SU4873393A RU1809335C RU 1809335 C RU1809335 C RU 1809335C SU 4873393 A SU4873393 A SU 4873393A RU 1809335 C RU1809335 C RU 1809335C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
shaft
angle
rotation
elastic insert
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Анварович Губайдуллин
Константин Лонгинович Куликовский
Original Assignee
Самарский Политехнический Институт Им.В.В.Куйбышева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский Политехнический Институт Им.В.В.Куйбышева filed Critical Самарский Политехнический Институт Им.В.В.Куйбышева
Priority to SU4873393 priority Critical patent/RU1809335C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1809335C publication Critical patent/RU1809335C/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Использование: в информационно-измерительной технике, системах управлени  дл  измерени  одним устройством крут щего момента и угла поворота на любых Йра- щающихс  валах машин и механизмов. Сущность: устройство содержит упругую вставку, размещенную на валу, магнитопро- вод в виде неподвижного кольцевого элемента , имеющего форму полого цилиндра, подвижное токопровод щее кольцо, обмотку возбуждени , измерительную обмотку, дискообразные крышки с цилиндрическими втулками, размещенными симметрично с двух сторон вала между подвижным токо- провод щим кольцом и упругой вставкой и снабженными соосными прорез ми в торцах,, а средн   часть подвижного кольцевого элемента выполнена в виде размещенного внутри него полого цилиндра, снабженного прорез ми вдоль осевой линии и охватывающего упругую вставку, при этом в подвижном токопровод щем кольце выполнен винтовой паз. 5 ил. Usage: in information-measuring technology, control systems for measuring by one device the torque and angle of rotation on any rotating shafts of machines and mechanisms. SUBSTANCE: device comprises an elastic insert placed on a shaft, a magnetic conductor in the form of a fixed annular element having the shape of a hollow cylinder, a movable conductive ring, an excitation winding, a measuring winding, disk-shaped covers with cylindrical bushings placed symmetrically on both sides of the shaft between the movable a current-conducting ring and an elastic insert and provided with coaxial slots in the ends, and the middle part of the movable ring element is made in the form of a hollow cylin pa provided with slits along the center line and covering the elastic insert, the movable conductive present in a ring formed spiral groove. 5 ill.

Description

Изобретение может использоватьс  в информационно-измерительной технике, системах управлени  дл  измерени  одним устройством крут щего момента, возникающего на вращающихс  валах и угла поворота этих валов одновременно в. механосборочном механизированном инструменте на любых вращающихс  валах машин и механизмов.The invention can be used in information technology, control systems for measuring, with a single device, the torque occurring on the rotating shafts and the angle of rotation of these shafts at the same time. mechanical assembly mechanized tools on any rotating shafts of machines and mechanisms.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей за счет изме- рени  угла поворота и повышение чувствительности.The purpose of the invention is the expansion of functionality by measuring the angle of rotation and increasing sensitivity.

Таким образом конструкци  выполн ет две функции. Одна функци  - симметричный подвод магнитных потоков с двух сторон под подвижное токспровод щее кольцо с винтовым пазом, и втора  функци  - это экранирование магнитных потоков от протекани  их по валу, который передает усилие . Thus, the construction has two functions. One function is the symmetric supply of magnetic fluxes from two sides to a movable conductive ring with a helical groove, and the second function is the screening of magnetic fluxes from flowing them along a shaft that transmits force.

При рассмотрении действи  экрана, которым  вл етс  подвижное токопровод щее кольцо, на переменный магнитный поток, удобно исходить из того, что экран дл  магнитного потока  вл етс  магнитным барьером. При идеализации характера процессов можно прин ть, что через экран маг- нитный поток не проходит. Ширина винтового паза оказываетс  уже достаточно в 1,5 мм, Через винтовой паз магнитный поток проходит и со скоростью вращени  этого винтового паза, на измерительной обмотке индуцируетс  ЭДС.When considering the effect of the shield, which is a movable conductive ring, on an alternating magnetic flux, it is convenient to assume that the shield for magnetic flux is a magnetic barrier. When idealizing the nature of the processes, it can be assumed that the magnetic flux does not pass through the screen. The width of the screw groove is already sufficiently 1.5 mm. Magnetic flux passes through the screw groove and with the speed of rotation of this screw groove, EMF is induced on the measuring winding.

Так как обмотки возбуждени  устройства дл  измерени  крут щего момента и угла поворота на вращающихс  валах включены по дифференциальной схеме, а упруга  вставка выполнена конструктивно тожеSince the field windings of the device for measuring torque and angle of rotation on the rotating shafts are connected in a differential manner, and the elastic insert is also structurally made

соwith

о ю ы со елabout you

дифференциально, то все устройство можно назвать дифференциальным. Дифференциальные устройства обладают преимуществами; линейна  часть характеристики получаетс  на большем участке, уменьшаетс  электродинамическа  сила, действующа  на экран, т.к. в дифференциальных системах она  вл етс  разностью сил со стороны половины магнитопровода, и половины дифференциальной упругой вставки.differentially, then the whole device can be called differential. Differential devices have advantages; the linear part of the characteristic is obtained over a larger area, the electrodynamic force acting on the screen is reduced, since in differential systems, it is the difference of forces from the side of half of the magnetic circuit and half of the differential elastic insert.

Устройство дл  измерени  крут щего момента и угла поворота на вращающихс  валах представлено на фиг. 1 и состоит из неподвижного кольцевого элемента 1, служащего магнитопроводом, дискообразные крышки 2, с цилиндрическими втулками 3, втулок 4, с запрессованными в них подшипниками качени  5, средней части магнитопровода с разрезами вдоль осевой линии б, две симметрично расположенные обмотки возбуждени  7, измерительна  обмотка 8, подвижное токопровод щее кольцо 9, с прорезанным винтовым пазом 10, сухар  11, предназначенного дл  креплени  этого подвижного токопровод щего. кольца с прорезанным винтовым пазом, упруга  вставка 12, место креплени  упругой вставки точечной сваркой 13 к валу 14, передающей усилие ..A device for measuring torque and angle of rotation on rotating shafts is shown in FIG. 1 and consists of a fixed ring element 1 serving as a magnetic circuit, disk-shaped covers 2, with cylindrical bushes 3, bushings 4, with rolling bearings 5 pressed into them, the middle part of the magnetic circuit with cuts along axial line b, two symmetrically arranged field windings 7, measuring a winding 8, a movable conductive ring 9, with a slotted screw groove 10, a cracker 11 for securing this movable conductive ring. rings with a slotted screw groove, elastic insert 12, the place of attachment of the elastic insert by spot welding 13 to the shaft 14, transmitting force ..

На фиг. 2 показана средн   часть магнитопровода с разрезами вдоль осевой линии; на фиг. 3 показано подвижное токопровод щее кольцо с прорезанным винтовым пазом; на фиг. 4 показаны дискообразные крышки с цилиндрическими втулками; на фиг. 5 показаны осциллограммы снимаемых с измерительной обмотки устройства дл  измерени  крут щего момента и угла поворота на вращающихс  валах.In FIG. 2 shows the middle part of the magnetic circuit with cuts along the center line; in FIG. Figure 3 shows a movable conductive ring with a slotted helical groove; in FIG. 4 shows disk-shaped covers with cylindrical bushings; in FIG. 5 shows waveforms of a device for measuring torque and angle of rotation of rotating shafts taken from a measuring winding.

Устройство работает следующим образом , При подаче переменного напр жени  пр моугольной формы со скважностью 2 в обмотки возбуждени  7, включенные по дифференциальной схеме, в неподвижном кольцевом элементе 1, служащим магнитопроводом , возникают два магнитных потока Фт и Фг (фиг. 1), направленных встречно друг к другу, противоположного направлени , которые подвод тс  по дискообразным крышкам 2, с цилиндрическими втулками 3, магнитные потоки подвод тс  под подвижное токопровод щее кольцо 9 с прорезанным пазом 10. Так как это подвижное токопровод щее кольцо с прорезанным винтовым пазом располагаетс  симметрич- .но относительно геометрического центра неподвижного кольцевого момента 1, служащего магнитопроводом, то он автоматически сказываетс  в магнитной нейтрали, котора , в свою очередь, совпадает с геометрической нейтралью и ЭДС в измери . тельную обмотку не наводитс . За счет вылучивани  магнитных потоков, краевыхThe device operates as follows. When applying an alternating voltage of a rectangular shape with a duty cycle of 2 to the field windings 7, included in the differential circuit, in a fixed ring element 1 serving as a magnetic circuit, two magnetic fluxes Фт and Фг (Fig. 1) are directed opposite to each other, in the opposite direction, which are fed through disk-shaped covers 2, with cylindrical bushings 3, magnetic fluxes are fed under a movable conductive ring 9 with a slotted slot 10. Since this is a movable current lead botfly present ring with a slotted screw groove disposed .no symmetric relative to the geometric center of the fixed points of the ring 1 serving as a magnetic core, it automatically skazyvaets in the magnetic neutral which in turn coincides with the geometric neutral and a measurable emf. The winding is not induced. By radiating magnetic fluxes, edge

эффектов и не идеальной симметрией конструкции частично ЭДС наводитс  в измерительную обмотку, и, в частности, через винтовой паз в подвижном токопровод - щем кольце, дл  удобства условно примем эту ЭДС равной нулю (в действительностиpartially due to the effects and not ideal symmetry of the structure, the EMF is partially induced into the measuring winding, and, in particular, through the screw groove in the movable conductive ring, for convenience, we conditionally assume this EMF to be zero (

0 2 мВ, что  вл етс  величиной второго пор дка малости).0 2 mV, which is the value of the second order of smallness).

При вращении в опорах, которыми служат подшипники качени  5 вала 14 с ним соответственно вращаетс  и упруга  встав5 «а 12, так как она жестко св зана с валом при помощи точечной сварки 13. В,центре упругой вставки через сухарь 11 закреплено подвижное токопровод щее кольцо 9 с прорезанным винтовым пазом 10, также начи0 нает вращатьс . За счет магнитного потока, подведенного под подвижное токопровод щее .кольцо с прорезанным винтовым пазом , по симметричным расположенным дискообразным крышкам 2 с цилиндриче5 скими втулками 3 на измерительной обмотке наводитс  ЭДС пропорционально скорости вращени  подвижного токопровод щего кольца 9 с прорезанным винтовым пазом 10. Осциллограмма сигналов, снима0 . емых с измерительной обмотки, представлены на фиг. 5(6) и (б ). Его амплитуда Ехх будет отражать угол поворота вала и соответственно всех устройств, расположенных на этом валу.When rotating in the bearings, which are the rolling bearings 5 of the shaft 14, the elastic insert 5 а a 12 also rotates with it, since it is rigidly connected to the shaft by spot welding 13. In the center of the elastic insert, a movable conductive ring is fixed through the cracker 11 9 with a slotted helical groove 10, also starts to rotate. Due to the magnetic flux brought under the movable conductive ring with a slotted screw groove, EMF is induced on the measuring winding along symmetrical disk-shaped covers 2 with cylindrical bushings 3 in proportion to the speed of rotation of the movable conductive ring 9 with a slotted screw groove 10. The signal waveform Shot 0. taken from the measuring winding are shown in FIG. 5 (6) and (b). Its amplitude Exx will reflect the angle of rotation of the shaft and, accordingly, of all devices located on this shaft.

5 Дл  того, чтобы все вышеперечисленные сигналы, показанные на осциллограмме , представлены на фиг. 5, более эффективно использовать дл  анализа и ре- , ализации их без предварительного усиле0 ни , в средней части магнитопровода 6, так же, как и в дискообразных крышках 2, прорезываютс  сквозные пазы шириной 0,5 мм и не менее 8 прорезей вдоль осевой линии. Благодар  тому, что средн   часть магнито5 провода с разрезами вдоль осевой линии гальванически разв зана от протекани  по ней вихревых токов и дискообразные крышки с прорез ми в торцах также,гальванически разв заны от протекани  в них5 In order that all of the above signals shown on the waveform are shown in FIG. 5, it is more efficient to use them for analysis and re-analysis without preliminary amplification, in the middle part of the magnetic circuit 6, as in the disk-shaped covers 2, through grooves of 0.5 mm wide and at least 8 slots along the axial line are cut . Due to the fact that the middle part of the magnetic wire with cuts along the axial line is galvanically isolated from the flow of eddy currents along it and disk-shaped covers with slots in the ends are also galvanically separated from leakage in them

0 вихревых токов (фиг. 4), то стало возможным резко подн ть чувствительность и разрешающую способность всего устройства в целом . Это, в свою очередь, позволило получить достаточную ЭДС в измеритель5 ной обмотке, амплитуды которой хватило дл  определени  второго информативного параметра, а именно угла поворота вала. Здесь средн   часть магнитопровода с разрезами вдоль осевой линии и дискообразные крышки с прорез ми в торцах перестали быть короткозамкнутыми витками (или цилиндрами), т.е, не шунтируют магнитные потоки.Because of eddy currents (Fig. 4), it became possible to sharply increase the sensitivity and resolution of the entire device as a whole. This, in turn, made it possible to obtain a sufficient EMF in the measuring winding, the amplitude of which was sufficient to determine the second informative parameter, namely, the angle of rotation of the shaft. Here, the middle part of the magnetic circuit with cuts along the axial line and the disk-shaped covers with slots at the ends ceased to be short-circuited turns (or cylinders), i.e., they did not bypass magnetic fluxes.

Далее, под воздействием нагрузки, уп- руга  вставка 12 будет испытывать силы, которые с одной стороны; где перемычки и их направление совпадут с направлением момента сил, будут испытывать расширение , в то же самое врем  противоположные перемычки не совпадут с направлением мо- мента сил, в этом случае перемычки будет испытывать сжатие. Средн   часть упругой вставки 12, где закреплено через сухарь 11 подвижное то коп ро вод щее кольцо 9 с прорезанным винтовым пазом 10, переместить- с  в ту или иную сторону от нейтрали, в зависимости от знака п риложен ного момента сил. В измерительной обмотке изведетс  ЭДС, пропорциональна  крут щему моменту , приложенному к валу. Осциллограмма сигналов, снимаемых с измерительной обмотки , представлена на фиг. 5(6) Ехх;Further, under the influence of the load, the elastic insert 12 will experience forces that are on the one hand; where the bridges and their direction coincide with the direction of the moment of forces, they will experience expansion, at the same time, the opposite bridges do not coincide with the direction of the moment of forces, in this case the bridges will experience compression. The middle part of the elastic insert 12, where a movable driving ring 9 is fixed through a cracker 11 with a slotted screw groove 10, is moved to one side or the other from the neutral, depending on the sign of the applied moment of forces. An EMF is proportional to the torque applied to the shaft in the measuring winding. The waveform of the signals taken from the measuring winding is shown in FIG. 5 (6) Exx;

Необходимость совмещени  функций в одном устройстве, таких, как крут щий момент и угол поворота его вала,.вызвана ост- рой необходимостью, возникшей в автоматизированном механосборочном производстве.The need to combine functions in one device, such as torque and the angle of rotation of its shaft, is caused by the urgent need that arose in automated mechanical assembly production.

Такие устройства в механосборочном производстве используютс  в гайковертах и других аналогичных устройствах, дл  определени  усили  на собираемых изделиох в интерактивном режиме в момент их соединени , где требуетс  знать еще и угол пово- рота собираемого резьбового элемента. Это позволило св зать определение момента зат жки резьбового соединени  с усилием зат жки, которое характеризуетс  выражениемSuch devices in mechanical assembly production are used in wrenches and other similar devices to determine the effort on assembled products interactively at the moment of their connection, where it is also necessary to know the rotation angle of the assembled threaded element. This made it possible to relate the determination of the tightening torque of the threaded connection to the tightening force, which is characterized by the expression

MKp Qtg(0+/o)где МКр - крут щий момент на валу привода;MKp Qtg (0 + / o) where MKp is the torque on the drive shaft;

Q - усилие на выходе сборочного уст- ройства;Q is the force at the outlet of the assembly device;

угол резьбы; thread angle;

р- угол трени ; . dcp - средний диаметр резьбы;p is the angle of friction; . dcp is the average diameter of the thread;

ftp - коэффициент трени .ftp - friction coefficient.

Как видно, в выражение (1) входит коэффициент трени  (р arctg fTp), который измен етс  в широких пределах, как в процессе выполнени  резьбового соединени , так и при переходе от одного издели  к другому.As can be seen, the friction coefficient (p arctg fTp) is included in expression (1), which varies widely, both during the process of making a threaded joint and during the transition from one product to another.

Это выражение (1) представл ет собой зависимость момента на ключе от силы зат жки резьбового соединени . В него в  в 5 10 15 20 , 25 This expression (1) represents the dependence of the torque on the key on the tightening force of the threaded joint. In it at 5 10 15 20, 25

30 35 4030 35 40

45 45

50fifty

55 55

ном виде не входит коэффициент трени . Кроме того отпадает необходимость вычислени  опорной поверхности торцов поверхностей резьбовых элементов. Из всех геометрических размеров необходимо знать лишь шаг резьбыNom form does not include friction coefficient. In addition, there is no need to calculate the supporting surface of the ends of the surfaces of the threaded elements. Of all the geometric dimensions, you only need to know the thread pitch

если -&- (р, тогда Мкр tg p; при fTp(Јt) if - & - (p, then Mkr tan p; for fTp (Јt)

МM

Q  Q

где р - угол, на который закручиваетс  собираемое изделие;where p is the angle by which the assembled product is twisted;

- погрешность, возникающа  при измерении угла поворота. - the error that occurs when measuring the angle of rotation.

После того, как усилие зат жки превысило некоторую величину, соответствующа  обжатию стыка, зависимость момента и усили  зат жки от угла поворота (f) в упругой зоне имеют место линейный характер. На линейном участке производна  dM/dQ Const. Значит на таких устройствах, как механизированный инструмент, необходимо измер ть, кроме момента М, еще и угол поворота ,р; Дл  того, чтобы не использовать в механосборочном инструменте еще и датчик измерени  угла поворота, в предлагаемом устройстве дл  измерени  крут щего момента, одновременно совместим еще функцию измерени  угла поворота вала привода, при помощи которого передаетс  усилие на собираемое резьбовое соединение .After the tightening force exceeded a certain value corresponding to compression of the joint, the dependence of the moment and tightening force on the rotation angle (f) in the elastic zone takes place linear in nature. On the linear section, the derivative dM / dQ Const. So on devices such as a mechanized tool, it is necessary to measure, in addition to the moment M, the angle of rotation, p; In order not to use the angle measuring sensor in the mechanical assembly tool in the proposed device for measuring torque, the function of measuring the angle of rotation of the drive shaft, by which the force is transmitted to the assembled threaded connection, is also compatible.

Кроме вышесказанного, у. устройства дл  одновременного измерени  крут щего момента на вращающемс  валу и угла поворота по вилась еще возможность использовать подвижный токопровод щий виток, прорезав в нем винтовой паз, получить еще функцию преобразовани , а именно измер ть угол поворота вала одновременно с измерением крут щего момента. На фиг. 5 показана осциллограмма напр жений, где: Un напр жение питани  пр моугольной формы со скважностью 2(а) и (а1); ЕХх - напр жение на измерительной обмотке в режиме холостого хода, без нагрузки; ЕСр - усредненное значение выходной ЭДС. В дальнейшем на фиг, 5 индексы без штрихов относ тс  к напр жени м снимаемым дл  крут щего момента, а со штрихами к измерению угла поворота вала.In addition to the above, y. devices for simultaneously measuring the torque on the rotating shaft and the angle of rotation, it was still possible to use a movable conductive coil by cutting a helical groove in it, to obtain another conversion function, namely to measure the angle of rotation of the shaft simultaneously with the measurement of torque. In FIG. Figure 5 shows a voltage waveform, where: Un is a rectangular voltage supply with a duty cycle of 2 (a) and (a1); EXx - voltage at the measuring winding in idle mode, without load; ESr - the average value of the output EMF. Hereinafter in FIG. 5, indices without strokes refer to the stresses taken for torque, and with strokes to the measurement of the angle of rotation of the shaft.

Рассмотрим работу синхронного коммутирующего устройства, управл емого с помощью микропроцессора. Работа коммутирующего , устройства в статическом режиме показана на осциллограмме. Использование синхронного коммутирующего устройства с пр моугольной формойLet us consider the operation of a synchronous switching device controlled by a microprocessor. The operation of the switching device in static mode is shown on the waveform. Using a synchronous switching device with a rectangular shape

напр жени  несущей, обеспечивает подавление синфазных помех и квадратурной составл ющей сигнала на выходе. Синхронное коммутирующее устройство выполн етс  на МОП-ключах. На фиг. 5(в) и (г), а также (в) и (г ), форма управл ющего напр жени  hi , ha , а также hi и ha, разнесены во времени, которые управл ютс  импульсами, поступающими от микропроцессора . Зар д конденсаторов RC-цепочки показан на фиг. 5 (Vci), (Vca) до установив- шегос  значени . На фиг. 5(е) и (е ), напр жение на выходе коммутирующих ключей. Моменты времени ti; ta; ta; t4 и т.д. синхронизированы с моментами перехода через ноль управл ющего напр жени , где: Щ со. Здесь: СУн - частота управл ющего напр жени , со - частота несущего напр жени . Номиналы конденсаторов выбираютс  из услови : 1/(ft)jCCp) « R. При этом составл ющие напр жени  с частотой щ выдел ютс  на резисторе R и на выходе коммутирующего устройства Увых формируетс  напр жение, близкое к пр моугольному напр жению с амплитудой ЕСр. Длительность фронтов выходного напр жени  определ етс  только быстродействием коммутирующего устройства, Структурно коммутирующее устройство представл етс  как идеальный демодул тор звена посто нного тока с передаточной функцией вида:carrier voltage, suppresses common mode noise and the quadrature component of the output signal. The synchronous switching device is implemented on MOS keys. In FIG. 5 (c) and (d), as well as (c) and (d), the shape of the control voltage hi, ha, as well as hi and ha, are separated in time, which are controlled by pulses from the microprocessor. The capacitor bank of the RC circuit is shown in FIG. 5 (Vci), (Vca) to steady state. In FIG. 5 (e) and (e), the voltage at the output of the switching keys. Moments of time ti; ta; ta; t4 etc. synchronized with the moments of transition through zero of the control voltage, where: Here: CHS is the frequency of the control voltage, co is the frequency of the carrier voltage. The capacitor values are selected from the condition: 1 / (ft) jCCp) R. R. In this case, the voltage components with a frequency u are isolated on the resistor R and at the output of the switching device Uhw, a voltage close to a rectangular voltage with an amplitude ESr is formed. The duration of the fronts of the output voltage is determined only by the speed of the switching device. The structural switching device is presented as an ideal DC link demodulator with a transfer function of the form:

W(P)(P)+1.W (P) (P) +1.

Подбором посто нной времени г mRC достигаетс  требуемый вид АЧХ по огибающей Lhebix и Ui вых, фиг. 5(д) и (д ), где: m - коэффициент пропорциональности; Р -оператор Лапласа Р j W(P) - передаточна  функци  демодул тора. После демодул тора напр жение Е« снимаетс  с конденсатора и будет равно:By selecting the constant time r mRC, the desired frequency response is obtained over the envelope Lhebix and Ui out, fig. 5 (e) and (e), where: m is the coefficient of proportionality; The Laplace P-operator P j W (P) is the transfer function of the demodulator. After the demodulator, the voltage E "is removed from the capacitor and will be equal to:

AjAj

IJftlt;IJftlt;

BjlBjl

. .

дл  открытого ключа коммутирующего устройства hi и закрытого h2 в следующийfor the public key of the switching device hi and the private h2 in the next

полупериод времени, Aj и Bj ljwt - составл ющие после зар да конденсатора коммутирующего устройства.half time period, Aj and Bj ljwt are the components after charging the capacitor of the switching device.

На выходе коммутирующего устройства с различными временами выборки образуетс  информации о крут щем моменте на вращающихс  валах и времени выборки, характеризующих угол поворота вала.At the output of the switching device with different sampling times, information about the torque on the rotating shafts and the sampling time characterizing the angle of rotation of the shaft is generated.

Микропроцессорна  обработка дл  одновременного измерени  крут щего момента на вращающихс  валах и углах поворота работает следующим образом.Microprocessor processing for simultaneously measuring the torque on rotating shafts and turning angles works as follows.

51. При подаче в обмотке возбуждени  переменного напр жени  пр моугольной формы со скважностью 2 на измерительной обмотке при прикладываемой нагрузке к валу образуетс  сигнал, форма которого51. When an alternating voltage of rectangular shape with a duty cycle of 2 is applied to the excitation winding, a signal is generated on the measuring winding under applied load to the shaft, the shape of which

10 показана на фиг. 56 и 56. Здесь информативным параметром служит амплитуда усредненного значени  Еср при условии, что переход выборки будет не менее Т/4, а информативным параметром будет  вл тьс 10 is shown in FIG. 56 and 56. Here the informative parameter is the amplitude of the averaged value of Еср provided that the sampling transition is at least T / 4, and the informative parameter is

15 амплитуда этой выборки. При измерении крут щего момента разрезы вдоль средней- части магнитопровода с разрезами вдоль осевой линии (фиг. 2) не вли ют на чувствительность , и наоборот, пересечение по20 движного токопровод щего кольца и его прореза (фиг.З) дают всплеск амплитуды в момент переходного процесса. Длительность этого импульса значительно (на пор док ) отличаетс  от длительности выборки15 is the amplitude of this sample. When measuring torque, cuts along the middle part of the magnetic circuit with cuts along the axial line (Fig. 2) do not affect sensitivity, and vice versa, the intersection of the 20 moving conductive ring and its cut (Fig. 3) give an amplitude surge at the moment of transition process. The duration of this pulse differs significantly (by an order of magnitude) from the duration of the sample

25 информативного сигнала, характеризующего зависимость момента от времени. Напр жение при частоте следовани  импульсов 1500 Гц со1 скважностью 2 и времени выборки информативного параметра крут ще30 го момента составл ет 725/г S т , Т2, фиг. 5. Где: TI и ri - дл  положительного, т-г и тг - дл  отрицательного полупериодов. Врем  выборки, характеризующее измерени  оборотов пор дка 25 (л S т, га , фиг. 5, Так как25 informative signal characterizing the dependence of the moment on time. The voltage at a pulse repetition rate of 1500 Hz with a duty cycle of 2 and the sampling time of the informative parameter of torque 30 is 725 / g S t, T2, Fig. 5. Where: TI and ri - for the positive, mr and mr - for the negative half-periods. Sampling time, characterizing the measurement of revolutions of the order of 25 (l S t, ha, Fig. 5, Since

35 информативностью о крут щем моменте достаточно 375/л s , то запас по времени дл  обработки этого сигнала достаточно 725 /и s за вычетом 375 и, соответственно, 25 fi s . .Оставшихс  350/i sj вполне достаточно.If the information about the torque is enough for 375 / l s, then the time margin for processing this signal is enough for 725 / s and minus 375 and, accordingly, 25 fi s. . The remaining 350 / i sj is quite enough.

40 Амплитуда выборки зависит от крут щего момента пр мо пропорционально, возникающего под воздействием нагрузки на валу. Таким- образом, мы имеем информацию о крут щем моменте, возникающем на вра45 щающихс  валах.40 The sampling amplitude depends on the torque directly proportional to that arising under the influence of the load on the shaft. Thus, we have information about the torque occurring on the rotating shafts.

2. При вращении вала совмещенного устройства дл  одновременного измерени  крут щего момента и угла поворота- вала, после опроса микропроцессором коммути50 рующего устройства с периодом Т/4 в момент перехода информативного сигнала через прорезь образуетс  выброс импульса. Длительность импульса отличаетс  на пор док от основного периода выборки. Этот2. When the shaft of the combined device is rotated to simultaneously measure the torque and the angle of rotation of the shaft, after the microprocessor polls the switching device with a period of T / 4 at the moment the informative signal passes through the slot, an impulse is generated. The pulse duration differs by an order of magnitude from the main sampling period. This

55 выброс и его амплитуда несут информацию об угле поворота вала внутри магнитопровода . Это происходит следующим образом. При вращении упругой вставки и соответственно подвижного тиокопровод щего кольца с прорезанным винтовым пазом вращаетс  вместе с ней, т.к. оно жестко св зано с упругой вставкой. А так как подвижное токо- провод щее кольцо с прорезанным винтовым пазом и толщиной прорезей соизмеримых с толщиной пропила средней части магнитопровода с разрезами вдоль осевой линии и перекрывающего прорезанный винтовой паз, то в этот момент за счет выпучивани  магнитного потока и его экра- нировани , в момент прохождени  прорези подвижного токопровод щего кольца, образуетс  на общем импульсе, который соответствует одному обороту подвижного токопровод щего кольца с прорезанным винтовым пазом а, значит, и вращени  вала. Ширины прорезей и их расположение на подвижном токопровод щем кольце не вли-  ют на информацию, полученную от измерени  крут щего момента на вращающемс  валу. Амплитуда этого выброса будет характеризовать количество оборотов, совершаемое валом за единицу времени 1/п, что с углом поворота вала и моментом сил на этом валу св зана с выражением55 emission and its amplitude carry information about the angle of rotation of the shaft inside the magnetic circuit. This happens as follows. When the elastic insert and, accordingly, the movable thioconductive ring with the slotted screw groove rotate, it rotates with it, because it is rigidly connected to the elastic insert. And since the movable current-conducting ring with a slotted screw groove and a slot thickness commensurate with the cut thickness of the middle part of the magnetic circuit with cuts along the center line and overlapping the slotted screw groove, at this moment due to the bulging of the magnetic flux and its shielding, the moment of passage of the slot of the movable conductive ring is formed on a common pulse, which corresponds to one revolution of the movable conductive ring with a slotted screw groove a, and hence the rotation of the shaft. The widths of the slots and their location on the movable conductive ring do not affect the information obtained from the measurement of the torque on the rotating shaft. The amplitude of this surge will characterize the number of revolutions made by the shaft per unit time 1 / p, which is associated with the expression with the angle of rotation of the shaft and the moment of forces on this shaft

(рп (у±1/п).(pn (y ± 1 / n).

где рп - угол поворота вала и подвижного токопровод щего кольца, одетого на него; - шаг пазов, при шаге, равном единице, можно отобразить в виде заполнени  информационного сигнала импульсами, тогда выражение (3) будет иметь вид:where rp is the angle of rotation of the shaft and the movable conductive ring, dressed on it; - the pitch of the grooves, with a step equal to one, can be displayed as filling the information signal with pulses, then expression (3) will look like:

р-(р±1/п),. (4)p- (p ± 1 / p). (4)

что имеет определенный смысл, где р- модуль сопр жений. Величина рр/п определ ет дискретность модул  сопр жени , т.е. шаг пропилов средней части магнитопровода , разделенной на п частей, Амплитуда выходного сигнала св зана с оборотами вращающегос  вала следующим образом: чем чаще будет проходить прорезь на не- подвижном кольцевом элементе, служащим магнитопроводом под прорезью токопровод щего кольца, тем меньше будет амплитуда выброса.which makes sense, where p is the conjugation module. The magnitude of pp / n determines the discreteness of the interface module, i.e. pitch of cuts of the middle part of the magnetic circuit, divided into n parts, The amplitude of the output signal is related to the revolutions of the rotating shaft as follows: the more often the slot will pass on the fixed ring element, which serves as the magnetic circuit under the slot of the conductive ring, the smaller the amplitude of the ejection.

Поставленна  цель тем самым достиг- нута. Функциональные возможности таких устройств, в которых совмещаютс  две функции , в данном случае крут щий момент и угол поворота вала, очевидна. Прорезь подвижного токопровод щего кольца, пересе- ка  среднюю часть магнитопровода с разрезами вдоль осевой линии, не мешает иметь информативный параметр о крут щем моменте менее достоверным. Эти раз 5 10 15 20 25The goal is thereby achieved. The functionality of such devices in which two functions are combined, in this case the torque and the angle of rotation of the shaft, is obvious. The slit of the movable conducting ring, intersecting the middle part of the magnetic circuit with cuts along the axial line, does not interfere with having an informative parameter about the torque less reliable. These times 5 10 15 20 25

30 thirty

35 35

40 45 50 55 резы значительно уменьшают утечки аихре- вых токов внутри средней части магнитопровода , что увеличивает разрешающую способность всего устройства, а также увеличивает его чувствительность из-за уменьшени  нагрева неподвижного кольцевого элемента, служащего магнитопроводом, вихревыми токами. Соответственно увеличиваетс  надежность всего устройства в целом .40 45 50 55 cuts significantly reduce the leakage of eddy currents inside the middle part of the magnetic circuit, which increases the resolution of the entire device and also increases its sensitivity due to reduced heating of the stationary ring element serving as the magnetic circuit by eddy currents. Accordingly, the reliability of the entire device as a whole increases.

Устройство дл  измерени  крут щего момента и угла поворота на вращающихс  валах, отличающегос  от известного тем, что в нем используетс  средн   часть магнитопровода с разрезами вдоль осевой линии, тем самым осуществлена гальваническа  разв зка, дискообразные крышки с цилиндрическими их втулками и также гальванически разв заны, концы которых подведены под подвижное токопро- вод щее кольцо с прорезанным винтовым пазом, что наделает эту конструкцию новыми функциональными свойствами, такими, как возможность измер ть угол поворота вала. Средн   часть магнитопровода получаетс  разрезанной как бы на множество частей, сохран   перемычки дл  механической св зи с корпусом неподвижного кольцевого элемента, служащего магнитопроводом, Дл  вихревых токов образуетс  большое сопротивление в средней части магнитопровода, тем самым увеличиваетс  коэффициент потокосцеплени  между обмотками возбуждени  и измерительной обмоткой, и, соответственно, увеличиваетс  разрешающа  способность всего устройства в целом.A device for measuring the torque and angle of rotation on rotating shafts, different from the known one in that it uses the middle part of the magnetic circuit with cuts along the center line, thereby galvanically decoupling, disk-shaped covers with cylindrical bushes and also galvanically decoupling. the ends of which are brought under a movable conductive ring with a slotted screw groove, which will give this design new functional properties, such as the ability to measure the angle of rotation of the shaft . The middle part of the magnetic circuit is obtained as if cut into many parts, retaining jumpers for mechanical communication with the housing of the fixed ring element serving as the magnetic circuit. For eddy currents, a large resistance is formed in the middle part of the magnetic circuit, thereby increasing the flux linkage coefficient between the field windings and the measuring winding, and accordingly, the resolution of the entire device as a whole increases.

Использование микропроцессора позволило по-новому организовать съем информации дл  анализа и обработки выходного сигнала с устройства, Это дало возможность использовать вышеприведенные выражени  (1), (3), (4) дл  вычислени  с их помощью усили  и угла зат жки собираемых изделий. Накопление за р д измерений значени  величин измерений можно сравнивать между собой и усредн ть по любому закону результаты измерений, что позволило значительно повысить точность измерений как крут щего момента, возникающего на валу, так и угла поворота этого вала.The use of a microprocessor made it possible to re-organize the collection of information for analysis and processing of the output signal from the device. This made it possible to use the above expressions (1), (3), (4) to calculate the force and tightening angle of the assembled products with their help. The accumulation of measurement values over a series of measurements can be compared with each other and the measurement results can be averaged according to any law, which significantly improves the measurement accuracy of both the torque generated on the shaft and the angle of rotation of this shaft.

Claims (1)

Формула изобретени The claims Устройство дл  измерени  крут щего момента и угла поворота на вращающихс  валах, содержащее упругую вставку, размещенную на валу, магнитопровод в виде неподвижного кольцевого элемента, имеющего форму полого цилиндра, подвижное токопровод щее кольцо, обмотку возбуждени  и измерительную обмотку, отличаю- щ е е с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет измерени  угла поворота и повышени  чувствительности , в него с двух сторон неподвижного кольцевого элемента введены дискообразные крышки с цилиндрическими втулками, размещенными симметрично с двух сторон вала между поDevice for measuring torque and angle of rotation on rotating shafts, comprising an elastic insert placed on the shaft, a magnetic core in the form of a fixed annular element having the shape of a hollow cylinder, a movable conductive ring, an excitation winding, and a measuring winding other than the fact that, in order to expand functionality by measuring the angle of rotation and increasing sensitivity, disk-shaped covers with cylindrical bushing are introduced into it from two sides of the fixed ring element kami arranged symmetrically on both sides of the shaft between движным тэкопровод щим кольцом и упругой вставкой и снабженными соосными прорез ми в торцах, а средн   часть подвижного кольцевого элемента выполнена в виде размещенного внутри него полого цилиндра , снабженного прорез ми вдоль осевой линии и охватывающего упругую вставку, при этом в подвижном токопрово- д щем кольце выполнен винтовой паз.a movable conductive ring and an elastic insert and provided with coaxial slots at the ends, and the middle part of the movable annular element is made in the form of a hollow cylinder placed inside it, equipped with slots along the axial line and enclosing the elastic insert, while in the movable conductive ring made screw groove. ВидРVidR
SU4873393 1990-10-11 1990-10-11 Device for measuring torque and rotation angle on rotating shafts RU1809335C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4873393 RU1809335C (en) 1990-10-11 1990-10-11 Device for measuring torque and rotation angle on rotating shafts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4873393 RU1809335C (en) 1990-10-11 1990-10-11 Device for measuring torque and rotation angle on rotating shafts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1809335C true RU1809335C (en) 1993-04-15

Family

ID=21540087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4873393 RU1809335C (en) 1990-10-11 1990-10-11 Device for measuring torque and rotation angle on rotating shafts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1809335C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 903715,кл.G 01 L 3/10, 1982. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1386127B1 (en) Magnetoelastic torque sensor
CA1269147A (en) Sensor apparatus
US3329012A (en) Torsion measuring device
US3572106A (en) Means for measuring angular displacement of coaxially rotating elements
EP0145290B1 (en) Displacement measurement device
RU1809335C (en) Device for measuring torque and rotation angle on rotating shafts
US4841245A (en) Displacement sensor having multiplexed dual tank circuits
US5912521A (en) Permanent magnet rotor with shorting turns
US4754642A (en) High temperature fluid flow speed detection apparatus
Perl et al. Design trends and trade-offs for sensorless operation of switched reluctance motor drives
JPH0721533B2 (en) Method and apparatus for testing rotors of rotating electrical machines
US2400112A (en) System for measuring differences of potential
DE10031423B4 (en) Device for determining the rotational position of the rotor of an electrical machine
KR860002000B1 (en) The speed detecting method of hall motor
EP2230487A2 (en) Protective system for a multiple channel transformer probe
FR2585464A1 (en) RESOLVER FOR REPERERATING THE ANGULAR POSITION OF A ROTATING ORGAN
WO1989008820A1 (en) Angular displacement sensor
US3711724A (en) Speed detecting device
CN104122020A (en) Field programmable gate array (FPGA) based induction phase shift type torque measurement system
GB2056073A (en) DC tachogenerators
Lee et al. Novel zero ripple DC current transformer design
GB1299203A (en) Direct reading water content meter
Foust et al. Insulation testing of electric windings
JPH0798337A (en) Current detector
US2521254A (en) Permanent magnet generator system