RU2354942C1 - Device for end thrust and rotation speed measurement in rotating shafts - Google Patents

Device for end thrust and rotation speed measurement in rotating shafts Download PDF

Info

Publication number
RU2354942C1
RU2354942C1 RU2007135035/28A RU2007135035A RU2354942C1 RU 2354942 C1 RU2354942 C1 RU 2354942C1 RU 2007135035/28 A RU2007135035/28 A RU 2007135035/28A RU 2007135035 A RU2007135035 A RU 2007135035A RU 2354942 C1 RU2354942 C1 RU 2354942C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
sensor
magnetoelastic
end thrust
axial force
Prior art date
Application number
RU2007135035/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Егорович Жадобин (RU)
Николай Егорович Жадобин
Александр Петрович Крылов (RU)
Александр Петрович Крылов
Анатолий Иванович Лебедев (RU)
Анатолий Иванович Лебедев
Алексей Григорьевич Труштин (RU)
Алексей Григорьевич Труштин
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение Государственная Морская Академия им. адм. С.О. Макарова
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 Федеральное государственное образовательное учреждение Государственная Морская Академия им. адм. С.О. Макарова filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение Государственная Морская Академия им. адм. С.О. Макарова
Priority to RU2007135035/28A priority Critical patent/RU2354942C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2354942C1 publication Critical patent/RU2354942C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurement.
SUBSTANCE: invention concerns force measurement equipment and can be applied in end thrust measurement in rotating shafts. Device includes linear-annular magnetoelastic sensor of end thrust, phase inverter, alternate voltage source with output connected to sensor excitation coil and to input of phase inverter, adder with one input connected to sensor output and another input connected to phase inverter output. Adder output is connected to low-frequency smoothing filter and gauge over a sequence of band filter and rectifier. Linear-annular magnetoelastic sensor of end thrust consists of sections positioned symmetrically along the shaft perimetre. Each sensor section includes transformer magnetoelastic converters of end thrust positioned along shaft line with a clearance against it.
EFFECT: enhanced jamming resistance.
3 dwg

Description

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения осевых усилий валов различных силовых установок, используемых на морских судах, в металлургии и других областях техники.The invention relates to load-measuring equipment and can be used to measure the axial forces of the shafts of various power plants used on ships, in metallurgy and other fields of technology.

Известно устройство под названием бесконтактный измеритель упора гребного винта, авторское свидетельство №421579, B63h 23/24 G01, бюллетень №12 от 30.03.74. авт. B.C.Михайлов, А.И.Солодовников, действие которого основано на использовании изменения магнитных свойств материала вала под влиянием упругих деформаций, в котором для увеличения выходного напряжения сердечники измерителя попарно расположены вдоль и поперек оси вала.A device is known as a non-contact meter of propeller stop, copyright certificate No. 421579, B63h 23/24 G01, bulletin No. 12 dated 03.30.74. author B.C. Mikhailov, A.I. Solodovnikov, whose action is based on the use of changes in the magnetic properties of the shaft material under the influence of elastic deformations, in which, to increase the output voltage, the meter’s cores are arranged in pairs along and across the axis of the shaft.

Однако такое устройство имеет низкую помехоустойчивость, обусловленную вредным влиянием магнитной неоднородности материала вала.However, such a device has a low noise immunity due to the harmful effect of magnetic inhomogeneity of the shaft material.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости.The aim of the invention is to increase noise immunity.

Это достигается тем, что для уменьшения вредного влияния магнитной неоднородности материала вала предлагается использовать линейно-кольцевой магнитоупругий датчик осевого усилия. Линейно-кольцевой магнитоупругий датчик осевого усилия состоит из секций, симметрично расположенных по окружности вала. Каждая секция состоит из последовательно включенных трансформаторных магнитоупругих преобразователей приставного типа, расположенных вдоль линии вала и установленных с зазором по отношению к нему. При этом уровень помеховой составляющей уменьшается в

Figure 00000001
раз, где z количество трансформаторных магнитоупругих преобразователей.This is achieved by the fact that to reduce the harmful effects of magnetic inhomogeneity of the shaft material, it is proposed to use a linear annular magnetoelastic axial force sensor. The linear-ring magnetoelastic axial force sensor consists of sections symmetrically located around the circumference of the shaft. Each section consists of sequentially connected transformer magnetoelastic transducers of an attached type located along the shaft line and installed with a gap in relation to it. In this case, the level of the interference component decreases in
Figure 00000001
times, where z is the number of transformer magnetoelastic transducers.

Принцип действия магнитоупругих преобразователей описан в [1, 2].The principle of operation of magnetoelastic transducers is described in [1, 2].

Выражение для ЭДС трансформаторного магнитоупругого преобразователя имеет следующий вид [1].The expression for the EMF of a transformer magnetoelastic transducer has the following form [1].

Figure 00000002
Figure 00000002

где ω - угловая частота сети;where ω is the angular frequency of the network;

γ - электрическая проводимость материала вала;γ is the electrical conductivity of the shaft material;

Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000003
Figure 00000004

µу, µх - значения магнитных проницаемостей материала вала вдоль действия главных нормальных напряжений;µ y , µ x - values of the magnetic permeability of the shaft material along the action of the main normal stresses;

Figure 00000005
- эквивалентное значение магнитной проницаемости;
Figure 00000005
- the equivalent value of magnetic permeability;

α - угол между координатными осями Х1, Y1, связанными с магнитопроводом преобразователя, и главными осями анизотропии X,Y, совпадающими с направлением главных нормальных напряжений (см. фиг.1);α is the angle between the coordinate axes X 1 , Y 1 associated with the magnetic circuit of the transducer, and the main axes of anisotropy X, Y, coinciding with the direction of the main normal stresses (see figure 1);

Фm - амплитудное значение магнитного потока, втекающего в контролируемый участок вала через полюса обмотки возбуждения.F m - the amplitude value of the magnetic flux flowing into the controlled portion of the shaft through the poles of the excitation winding.

Анализ этого выражения показывает, что приведенная зависимость изменяется по периодическому закону в функции угла и имеетAn analysis of this expression shows that the given dependence varies according to the periodic law in the function of the angle and has

экстремальные значения при

Figure 00000006
extreme values for
Figure 00000006

где n=0, 1, 2, 3…where n = 0, 1, 2, 3 ...

При α=45° ЭДС преобразователя имеет максимальное значение и равна:At α = 45 °, the EMF of the converter has a maximum value and is equal to:

Figure 00000007
Figure 00000007

Таким образом, для использования трансформаторного магнитоупругого преобразователя в качестве преобразователя осевого усилия его магнитопровод необходимо расположить с зазором относительно вала в соответствии с фиг.2.Thus, in order to use the transformer magnetoelastic transducer as an axial force transducer, its magnetic circuit must be positioned with a clearance relative to the shaft in accordance with FIG. 2.

На фиг.2 показаны проекции полюсов магнитопровода преобразователя на поверхность вала.Figure 2 shows the projection of the poles of the magnetic circuit of the Converter on the surface of the shaft.

А, В - проекции полюсов обмотки возбуждения.A, B - projection of the poles of the field winding.

С, Д - проекции полюсов измерительной обмотки.C, D - projection of the poles of the measuring winding.

Измерительные обмотки трансформаторных магнитоупругих преобразователей включаются последовательно таким образом, чтобы выходной сигнал линейно-кольцевого магнитоупругого датчика осевых усилий был равен сумме выходных сигналов преобразователей [2].The measuring windings of transformer magnetoelastic transducers are connected in series so that the output signal of the linear-ring magnetoelastic axial force sensor is equal to the sum of the output signals of the transducers [2].

На фиг.3 представлена структурная схема предлагаемого устройства.Figure 3 presents the structural diagram of the proposed device.

Устройство для измерения осевого усилия во вращающихся валах содержит источник переменного напряжения 1 выход, которого подключен к линейно-кольцевому магнитоупругому датчику осевых усилий 2 и фазовращателю 3. К одному входу сумматора 4 подключен выход линейно-кольцевого магнитоупругого датчика осевых усилий 2, к другому выход фазовращателя 3. Таким образом, происходит компенсация нулевого сигнала. Выход сумматора 4 подключен через последовательно соединенные полосовой фильтр 5, выпрямитель 6 и фильтр нижних частот 7 к измерительному прибору 8.A device for measuring axial force in rotating shafts contains an AC voltage source 1 output, which is connected to a linear-ring magnetoelastic axial force sensor 2 and a phase shifter 3. An output of a linear-ring magnetoelastic axial force sensor 2 is connected to one input of the adder 4, and a phase shifter output is connected to another 3. Thus, compensation of the zero signal occurs. The output of the adder 4 is connected through a series-connected band-pass filter 5, a rectifier 6 and a low-pass filter 7 to the measuring device 8.

Устройство работает следующим образом. Сигнал с линейно-кольцевого магнитоупругого датчика осевого усилия 2 поступает на схему компенсации нулевого сигнала, образованную фазовращателем 3 и сумматором 4, а с ее выхода - на полосовой фильтр 5. Полосовой фильтр 5 пропускает на выпрямитель 6 только спектральные составляющие полезного сигнала. Сигнал с выпрямителя 6 поступает на сглаживающий фильтр нижних частот 7. Выпрямленный и отфильтрованный полезный сигнал поступает в измерительный прибор 8.The device operates as follows. The signal from the linear-ring magnetoelastic axial force sensor 2 is fed to the zero signal compensation circuit formed by the phase shifter 3 and adder 4, and from its output, to the bandpass filter 5. The bandpass filter 5 passes only the spectral components of the useful signal to the rectifier 6. The signal from the rectifier 6 is fed to a smoothing low-pass filter 7. The rectified and filtered useful signal is fed to the measuring device 8.

ЛитератураLiterature

1. Жадобин Н.Е. «Магнитоупругие датчики в судовой автоматике». Л.: Судостроение, 1985, 36 с.1. Zhadobin N.E. “Magnetoelastic sensors in ship automation.” L .: Shipbuilding, 1985, 36 p.

2. Жадобин Н.Е., Крылов А.П., Малышев В.А. «Элементы и функциональные устройства судовой автоматики». СПб., 1998, 440 с.2. Zhadobin N.E., Krylov A.P., Malyshev V.A. "Elements and functional devices of ship automation". St. Petersburg, 1998, 440 p.

Claims (1)

Устройство для измерения осевого усилия во вращающихся валах, содержащее линейно-кольцевой магнитоупругий датчик осевого усилия, установленный с зазором по отношению к валу, фазовращатель, источник переменного напряжения, выход которого подключен к обмотке возбуждения датчика и входу фазовращателя, сумматор, к одному входу которого подключен выход датчика, к другому входу - выход фазовращателя, а выход сумматора через последовательно соединенные полосовой фильтр и выпрямитель подключен к сглаживающему фильтру нижних частот и измерительному прибору, отличающееся тем, что для измерения осевого усилия во вращающихся валах используется линейно-кольцевой магнитоупругий датчик осевого усилия, состоящий из секций, симметрично расположенных по окружности вала, каждая секция датчика состоит из последовательно включенных трансформаторных магнитоупругих преобразователей осевого усилия приставного типа, расположенных вдоль линии вала и установленных с зазором по отношению к нему. A device for measuring axial force in rotating shafts, comprising a linear-ring magnetoelastic axial force sensor mounted with a clearance relative to the shaft, a phase shifter, an AC voltage source, the output of which is connected to the sensor excitation winding and the input of the phase shifter, an adder, to one input of which is connected the sensor output, to the other input - the phase shifter output, and the adder output through a series-connected bandpass filter and a rectifier is connected to a smoothing low-pass filter and will measure one device, characterized in that for measuring the axial force in the rotating shafts, a linear-ring magnetoelastic axial force sensor is used, consisting of sections symmetrically arranged around the shaft circumference, each sensor section consists of sequentially connected transverse magnetoelastic axial force transducers of an attached type located along the line of the shaft and installed with a clearance in relation to it.
RU2007135035/28A 2007-09-20 2007-09-20 Device for end thrust and rotation speed measurement in rotating shafts RU2354942C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135035/28A RU2354942C1 (en) 2007-09-20 2007-09-20 Device for end thrust and rotation speed measurement in rotating shafts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135035/28A RU2354942C1 (en) 2007-09-20 2007-09-20 Device for end thrust and rotation speed measurement in rotating shafts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2354942C1 true RU2354942C1 (en) 2009-05-10

Family

ID=41020073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007135035/28A RU2354942C1 (en) 2007-09-20 2007-09-20 Device for end thrust and rotation speed measurement in rotating shafts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2354942C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110967129A (en) * 2019-12-05 2020-04-07 中国航发四川燃气涡轮研究院 High-temperature rotor system axial force testing system and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Жадобин Н.Е., Крылов А.П., Малышев В.А. Элементы и функциональные устройства судовой автоматики. - СПб.: 1998, 440 с. Жадобин Н.Е. Магнитоупругие датчики в судовой автоматике. - Л.: Судостроение, 1985, 36 с. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110967129A (en) * 2019-12-05 2020-04-07 中国航发四川燃气涡轮研究院 High-temperature rotor system axial force testing system and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101598573B (en) Direct shaft power measurements for rotating machinery
US9146163B2 (en) Proximity and strain sensing
US2365073A (en) Means for indicating horsepower and horsepower factors
JP2010048552A (en) Nondestructive inspecting device and method
Borges et al. New contactless torque sensor based on the Hall effect
Beth et al. Magnetic measurement of torque in a rotating shaft
US6779409B1 (en) Measurement of torsional dynamics of rotating shafts using magnetostrictive sensors
RU2354942C1 (en) Device for end thrust and rotation speed measurement in rotating shafts
JP6242155B2 (en) Nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method
CN1030642A (en) Magnetically elastic torque sensor
Xiu et al. Study on an innovative self-inductance tension eddy current sensor based on the inverse magnetostrictive effect
CN108375437A (en) Ship shaft power measurement method based on counter magnetostriction effect
JP6378554B2 (en) Nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method
CN102539042A (en) Marine diesel engine shaft power monitoring sensor
CN108692840A (en) Signal detecting method based on magnetomechanical effects torque sensor
JPS5946527A (en) Torque detecting device
RU2326355C2 (en) Device for measuring torque on rotating axles
CN107727733A (en) A kind of conductivity meter based on impulse eddy current
KR101204007B1 (en) Angular Displacement Sensor Using Magnetorheological Fluid And Displacement Sensing Apparatus Including The Same
CN207540633U (en) A kind of liquid level detection device
CN2033899U (en) Magneto-elastic torque transmitter
JPS6255533A (en) Torque-measuring apparatus
Gu et al. The principle and application of a new technique for detecting wire rope defects
SU1384972A1 (en) Magnetoelastic torque generator
SU1043481A1 (en) Electromagnetic method for measuring ferromagnetic article diameter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180921