SE450420B - Momentgivare - Google Patents

Description

25 30 450 420 .2 hylsa av magnetiskt material, som fästes koncentriskt och momentstyvt på en axel, och minst två stillastående lindningar för magnetisering av hylsan och två lindningar för avkänning av i axeln överfört moment samt ett lindningarna koncentriskt omslutande magnetiskt hölje. Kännetecknande är att hylsan utfor- mas med två parallella, ringformade zoner, som förses med slitsar med i huvudsak regelbunden delning och med r H50 vinkel mot en generatris till hylsans mantelyta. Magnetiseringslindningarna seriekopplas och alstrar ett magnetflöde i hylsan. Mätlindningarna motkopplas, varvid mätsignalen blir ungefär noll vid noll moment i axeln. Då axeln utsätts för ett vridmoment kommer strävorna mellan slitsarna i zonerna att utsättas för dragspänning respektive tryckspänning i flödets riktning. Detta leder till en polariserad magnetisk obalans, vilket ger en skillnadsspänning från mätlindningarna som efter faskänslig detektering ger ett mått på momentet till storlek och tecken.

Probelemet med momentgivare, det gäller både givare vars moment i mätaxeln vid påkänning mätes med elektriska eller magnetiska metoder, är att man praktiskt taget alltid erhåller en elektrisk mätsignal i mekaniskt obelastat till- stånd. Denna nollsignal kompenseras normalt med införande av en elektrisk kompenseringsspänning. Vid vissa applikationer, där extrema säkerhetskrav föreligger, är det emellertid ett absolut krav, att mekanisk och elektrisk nollpunkt under alla omständigheter sammanfaller. Användandet av elektrisk kompenseringsspänning är då uteslutet, eftersom bortfall av endera givar~ signalen eller kompenseringsspänningen vid obelastad axel kan få fatala konsekvenser.

FIGURFÖRTECKNING Figur 1 och figur 2 visar en magnetoelastisk momentgivare enligt US U 506 55U, på vilken denna uppfinning skall tillämpas.

Figur 3 visar ett principschema för matning av givaren och mätning av signalspänningen.

Figur U och 5 visar en mätaxel enligt uppfinningen, utförd som hålaxel och försedd med invändig torsionsfjäder, här visad infäst i koniska pluggar.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN, UTFÖRANDE Enligt uppfinningen elimineras momentgivarens nollspänning genom att ett inre moment införes, vilket ger en sådan påkänning på mätaxeln att en 34 10 20 25 30 3 450 426 konstant signal alstras, som kompenserar den falska nollspänningen. Detta realiseras genom att mätaxeln är utformad som en röraxel inuti vilken en vek torsionsfjäder är axiellt anordnad med ena änden vridstyvt infäst i mätaxelns ena ände och andra änden vridstyvt ínfäst i en infästningsanordning, som är vrid- och låsbart anordnad i mätaxelns andra ände.

Fig 1 och 2 visar som tillämpningsexempel en magnetoelastisk momentgivare, som beskrivas utförligt i vårt US-patent H 506 55U. Momentgivaren har en mätaxel U som är försedd med en mäthylsa 1 av magnetiskt material, moment- styvt fäst på axeln. I två parallella, ringformade zoner 2, 3 på något av- stånd från varandra har inbördes paralella slitsar utfrästs med jämn delning och bildande + H50 beh - H50 vinkel med en generatris till hylsans cylinder- ytor. Vardera zonen 2, 3 omges med två stillastående, med axeln koncentriska bobiner 16, 17 och de seriekopplade spolarna 10, 11 för magnetisering av zonerna med växelström och de inbördes motkopplade spolarna 8, 9 för avkän- ning av skillnaden mellan flödena i de båda zonerna. En järnkärna 5, utförd som en rotationskropp med E-formad genererande yta, omger spolarna och har luftgap mot axeln vid de tre ringformade delarna av järnkärnan.

Om zonerna är helt symmetriskt utförda, blir utsignalen i princip noll vid obelastad axel under förutsättning att hylsan 1 är väl centrerad i järn- kärnan 5, att hylsan antingen är magnetiskt skild från axeln, om denna är av magnetiskt material, eller att axeln är av omagnetiskt material.

Om nu axeln utsättes för ett vridande moment, där strävorna i den ena zonen utsatta för dragspänning i flödesriktningen och strävorna i den andra zonen utsatta för tryck i flödesriktningen med åtföljande ökning respektive minsk- ning av flödet genom de båda zonerna vid material med positiv magnetostrik- tion, exempelvis järn vid måttlig magnetisering, varvid en mot momentet proportionell signal erhålles.

Vid en annan momentgivare enligt samma fysikaliska princip har den magne- tiska orienteringen i zonerna 2, 3 i stället erhållits genom att två stål- band med de önsakde magnetiska orienteringarna fastlimmats runt axeln.

Vid det beskrivna givarutförandet med mäthylsa med urfrästa slitsar är av- vikelsen från-det ideala nollvärdet vid obelastad axel förutom av tidigare nämnda förutsättningar även beroende av precisionen vid slitsfräsningen.

En viss magnetisk obalans erhålles därför alltid, resulterande i en oönskad 10 15 20 25 30 35 450 420 11 nollsignal vid obelastad axel. Vid det nämnda utförandet med runt axeln fast- limmade stålband med i princip + 450 respektive - 450 magnetisk orientering är det givetvis ännu mycket svårare att få utsignalen noll vid obelastad axel.

Figur 3 visar att spolarna 10 och 11 matas i serie från växelströmskällan 13 och att signalen från de inbördes motkopplade spolarna 8 och 9 likriktas-fas- känsligt i den styrda likriktaren 1U med filter och presenteras på instru- mentet 15.

Figur U och 5 visar enligt uppfinningen att mätaxeln utförs som en med en magne- tisk mäthylsa 1 försedd röraxel 4' för att ge plats för en centralt placerad torsionsfjäder 18, som kan belasta axeln med ett moment med sådan storlek och riktning att den önskade nollsignalen kompenseras. För att denna kompen- sation ej märkbart skall påverkas av på mätaxeln pålagt mätmoment, måste torsionsfjädern vara mycket vek i förhållande till mätaxeln och vridas ett par storleksordningar mer än mätaxelns vridning. För att temperaturen ej märkbart skall påverka nollpunktskompensationen bör mätaxelns material och torsionsfjäderns material väljas så att elasticitetsmodulens temperatur- beroende är så lika som möjligt för de två materialen. Fjädern utföres i övrigt lämpligen som en bladfjäder av ett smalt band och härdat fjäderstål med hög flytgräns.

Fjäderns ena ände skall vara vridstyvt infäst i en infästningsanordning 19, fast anordnad i mätaxelns ena ände. och fjäderns andra ände skall vara vrid- styvt infäst i en infästningsanordning 20, som är vrid- och låsbart anordnad i mätaxelns andra ände. Den vridstyva infästningen av fjäderns båda ändar kan lämpligen utgöras av en smal axiell urtagning 21 i båda ändarnas infäst- ningsanordningar.

Dessa infästningsanordningar, 19 och 20, kan givetvis utföras på många olika sätt, I figur U och 5 visas ett utförande med koniska pluggar i vardera änden, införda i motsvarande koniska utvidgningar av mätaxelns inre cylinderyta.

Koniciteten hos konytorna är så liten att pluggarna fasthålles säkert efter fasttryckning. Vid montaget av fjäderanordningen slås först den fasta plug- gen 19 fast med ett lätt hammarslag. Därefter sättes torsionsfjädern 18 och den vrid- och låsbara pluggen 20 på plats, och pluggen 20 vrides exempelvis med en skruvmejsel i den smala urtagningen 21 tills signalspänningen blir noll vid obelastad axel. I detta läge låses pluggen 20 fast med ett lätt hammarslag. För att centrera fjädern i längsled har den yttre delen av ur- tagningen 21 i den fasta pluggen 19 utfyllts med en stopplugg 22.

Claims (3)

V1 5 450 420 Det inledningsvis uppställda kravet att mekanisk och elektrisk nollpunkt skall sammanfalla har uppfyllts med en problemlösning enligt uppfinningen. Vid utförandet enligt figur U har mätaxeln utförts med splines 23 i båda ändarna för enkel inkoppling mellan ingående och utgående axlar. Givetvis kan även andra axelkopplingsmetoder användas. PATENTKRAV

1. Momentgivare omfattande en mätaxel (4), vars påkänning mätes med elekt- riska eller magnetiska metoder, vilka givare i regel avger en elektrisk mät- signal (14) i mekaniskt obelastat tillstånd, k ä n n e t e c k n a d_ därav, att den bristande överensstämmelsen mellan elektrisk och mekanisk nollpunkt är eliminerbar genom att mätaxeln är utförd som en röraxel (Å'), inuti vilken en vek torsionsfjäder (18) är axiellt anordnad med ena änden vridstyvt in- fäst i mätaxelns ena ände och andra änden vridstyvt infäst i en infästnings- anordning (20) som är vridbart och låsbart anordnad i mätaxelns andra ände.

2. Momentgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att mätaxelns material och torsionsfjäderns material valts så att överensstäm- melse erhållits för elasticitetsmodulens temperaturberoende.

3. Momentgivare enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att torsionsfjädern (18) utgöres av en bladfjäder av fjäderstål. H. Momentgivare enligt patentkrav 1-3, k ä n n e t e c k n a d därav, att den vridbara och låsbara infästningsanordningen (20) är utförd som en konisk plugg, införd i en motsvarande konisk utvidgning av mätaxelns inre cylinderyta, att koniciteten hos konytorna är så liten, att pluggen fast- hålles efter intryckning och att pluggen är utförd med en smal axiell ur- tagning (21) för den som bladfjäder utförda torsionsfjädern (18).