SK232292A3

SK232292A3 - Sensor of rotating moment

Info

Publication number: SK232292A3
Application number: SK232292A
Authority: SK
Inventors: Bohumil Pospisil
Original assignee: Bohumil Pospisil
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1995-04-12
Also published as: CZ232292A3; DE4323960A1; CZ278479B6; SK277849B6

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

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týkči snímača krútiaceho momentu prenášaného stojacím alebo rotujúcim hriadeľom, alebo inou torznou pružinou. Veľkosť a zmysel krútiaceho momentu, ktorý sa prejavuje relatívnym radiálnym pootočením dvoch vzájomne v odstupe usporiadaných priečnych rezov zaťažovaného hriadeía, sa prevádza skrutným plášťom na axiálny posuv, ktorý transformuje stojacu sústavu snímačov posuvu na zodpovedajúci analógový signál, alebo sa snímajú sily vyvodzované axiálne po suvnou časťou skrutného plášťa, prípadne sa na skrutného plášťa priamo napojí ovládanie regulácie.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 two spaced apart cross-sections of the loaded shaft, is converted by a helical casing to an axial displacement that transforms the displacement transducer assembly into a corresponding analog signal, or the axial forces generated or the control control is directly connected to the screw jacket.

túto časťthis part

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pre snímanie a meranie krútiaceho momentu bol dosiaľ vyvinutý celý rad riešení na rôznych princípoch bez toho, že by bol tento problém vyriešený, najmä v oblasti prevádzkových meraní výkonov točivých strojov. Okrem iného jestvujú už aj snímače krútiaceho momentu využívajúce možnosti prevodu relatívneho uhlového pootočenia dvoch vzájomne v odstupe od seba usporiadaných priečnych rezov hriadeľa prenášajúceho krútiaci moment na axiálnu zmenu dĺžky častí vlastného hriadeľa, ktoré sú k tomuto účelu upravené, alebo na axiálnu zmenu vzájomnej polohy jednotlivých časti, prevodníka, ktorý sa upevňuje koaxiálne na hriadeľ.Many torque solutions have been developed for torque sensing and measurement, without this problem being solved, especially 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 spaced apart cross-sections of the torque-transmitting shaft for axially changing the length of the parts of the actual shaft which are adapted for this purpose or for the axial part of the individual parts. , a converter that is mounted coaxially on the shaft.

Zariadenie využívajúce na meranie krútiaceho nmomentu axiálne posuvy upravených časti samotného hriadeľa je známe z nemeckej patentovej prihlášky zverejnenej v roku 1981. Podľa tohoto riešenia je časť hriadeľa vytvorená ako dutá rúrka, ktorá má po obvode svojho plášťa aspoň jeden rad štrbín tak, že stojiny materiálu, ktoré medzi štrbinami zostávajú, zvierajú s osou uhol hriadeľa v rozsahu od ±20° do ±70°. Po oboch stranách rad štrbín je dutý hriadeľ opatrený prírubovými obvodovými prstencami. Jednému z týchto prstencov je priradený snímač axiálneho posuvu na meranie zmeny axiálnej dĺžky rúrky opatrenej štrbinami.Apparatus utilizing axial displacements of the modified portions of the shaft itself for measuring the torque nmoment is known from the German patent application published in 1981. According to this solution, the portions of the shaft are formed as a hollow tube having at least one row of slits around its circumference which remain between the slots, clamp the shaft angle with the axis within a range of ± 20 ° to ± 70 °. On both sides of the row of slots, the hollow shaft is provided with flange circumferential rings. One of these rings is associated with an axial displacement sensor to measure the change in the axial length of the slotted tube.

V prípade, že má dutá časť hriadeľa dva rady štrbín, sú tieto štrbiny poprípade vzniknuté stojiny orientované vzhľadom k ose hriadeľa opačne. Medzi radmi štrbín a po stranách sú potom ŕrrianš tri prírubové prstence a sú navrhnuté dva indukčné snímače dráhy, ktorými sa môžu kompenzovať celkové axiálne posuvy vplyvom zmeny axiálneho uloženia hriadeľa. Indukčný snímač dráhy je potom tvorený vždy dvomi cievkami v obvyklom jednostrannom usporiadaní, t.j. s jednostranne otvoreným magnetickým obvodom, kde je každá cievka schopná reagovať len na zmenu veľkosti jednej axiálnej medzery.If the hollow part of the shaft has two rows of slots, these slots or the resulting webs are oriented opposite to the shaft axis. Between the rows of slots and the sides there are then three flange rings and two inductive displacement sensors are provided, which can compensate the total axial displacements due to a change in the axial bearing of the shaft. The inductive travel sensor is then each formed by two coils in a conventional one-sided arrangement, i. with a one-sided open magnetic circuit, where each coil is able to respond only to a change in the size of one axial gap.

Nedostatkom tohoto meracieho zariadenia je okrem nízkej citlivosti, presnosti a stability merania tiež potreba opatriť každý meraný hria|deľ dutým úsekom s radom alebo radmi štrbín a stoj in, ktoré sú z pevnostného hľadiska schopné preniesť celý meraný krútiaci moment. S tým sú spojené vysoké náklady a nepoužiteľnosť takéhoto zariadenia na meranie krútiaceho momentu na iných hriadeľoch.The disadvantage of this measuring device is, besides the low sensitivity, accuracy and stability of the measurement, also the need to provide each measured shaft with a hollow section with a row or rows of slots and columns which are capable of transmitting the entire measured torque in strength. This entails the high cost and inapplicability of such a torque measuring device on other shafts.

Ďalšie známe riešenie, ktoré využíva princíp prevodu relatívneho radiálneho uhlového pootočenia na axiálny posuv, zverejnené tiež v roku 1981, je popísané v československom autorskom osvedčení, ktoré bolo vydané v roku 1984. Podľa predmetu tohoto autorského osvedčenia je však prevod relatívneho radiálneho uhlového natočenia na axiálny posuv uskutočnený prostredníctvom prevodníka, ktorý sa pevne súsose uchytí na hriadeľ prenášajúci krútiaci moment.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, the conversion of relative radial angular rotation to axial a displacement by means of a transducer which is rigidly fixed to the torque-transmitting shaft.

Tento mechanický prevodník je tvorený dutým skrutným plášťom, ktorý pozostáva z dvoch krajných a jednej strednej časti, ktoré sú navzájom súosé a spojené radmi priečok. Priečky sú tuhé vft radiálnom smere a poddajné v tangenciálzo s K—'CSilAt,UX nom smere a sú usporiadane po obvode skrutného plášťa tak, že smerom od krajných časti sa šípovite zbiehajú k jeho strednej časti. Obe krajné časti skrutného plášťa sú určené na jeho axiálne upevnenie na hriadeľ prenášajúci krútiaci moment, zatiaľ čo stredná časť sa môže axiálne posúvať vzhľadom k tomuto hriadeľu pri jeho zaťažení. Každá časť skrutného plášťa je na svojom vonkajšom povrchu s výhodouThis mechanical transducer consists of a hollow screw housing consisting of two extreme and one central parts which are coaxial to each other and connected by rows of crossbars. The partitions are rigid in ft radial direction and yieldable in tangential direction with the K-CSilAt, UX direction and are arranged around the circumference of the screw casing so that they converge arrow-wise from the extreme portions to its central portion. The two outer parts of the screw housing are intended to be axially fixed to the torque transmitting shaft, while the central portion can be moved axially with respect to the shaft under load. Preferably, each portion of the screw jacket is on its outer surface

opatrená obvodovým prstencom, takže na obvode skrutného plášťa vzniknú axiálne medzipriestory pre umiestnenie snímačov axiálneho posuvu jeho častí. Za účelom merania veľkosti a zmyslu krútiaceho momentu je potrebné takto umiestniť v dosahu strednej časti najmenej jeden snímač jej axiálneho posuvu vzhľadom ku krajnej časti.provided with a circumferential ring, so that axial intermediate spaces are formed on the circumference of the screw housing to accommodate the axial displacement sensors of its parts. 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 reach of the central part.

Priečky sú pritom k jednotlivým častiam skrutného plášťa pripojené pevne alebo kĺbové tak, že osi otáčania sú v mieste pripojenia kolmé k jeho pozdĺžnej osi, pričom v popise príkladu konkrétneho vyhotovenia podľa tohoto autorského osvedčenia sa rovnako ako v patentových nárokoch zhora uvedenej nemeckej patentovej prihlášky uvádza, že priečky zvierajú s osou prevodníka uhol ±/-45°.The partitions are rigidly or articulated to the individual parts of the casing so that the axes of rotation are perpendicular to their longitudinal axis at the point of attachment, and the description of an example of a particular embodiment according to this author's certificate shows, as in the claims above. that the crossbars make an angle of ± / -45 ° with the axis of the converter.

V československom autorskom osvedčení sú vzhľadom k nemeckej zverejnenej patentovej prihláške uvedené ešte možnosti, ako využiť účinky krútiaceho momentu prevedené na axiálny posuv. Jedná sa hlavne p určenie veľkosti a zmyslu krútiaceho momentu meraním axiálnej sily vyvodzovanej strednou časťou vzhľadom ku krajným častiam a o možnosť priameho mechanického napojenia axiálne posuvnej strednej časti skrutného plášťa na ovládaciu časť regulačného systému.Due to the German published patent application, the Czechoslovak author certificate also mentions the possibilities of utilizing the torque effects converted to axial displacement. In particular, it is necessary to determine the magnitude and purpose of the torque by measuring the axial force exerted by the central part with respect to the extremities and the possibility of directly mechanically connecting the axially displaceable central part of the screw housing to the control part of the control system.

Je jasné, že riešenie snímača krútiaceho momentu popísané v československom autorskom osvedčení nevyžaduje potrebu väčšej úpravy, alebo prípadné prerušenie meraného hriadeľa, nenarušuje torzné vlastnosti meraného zariadenia, je prenosné na iné hriadele a odstraňuje tak najzávažnejšie nedostatky riešenia snímača krútiaceho momentu známeho zo zverejnenej nemeckej patentovej prihlášky. Naďalej však vykazuje ešte nedostatočnú citlivosť a tým presnosť merania, spôsobenú hlavne konštrukciou skrutného plášťa a nie úplne vyhovujúcim vyhotovením elektrických snímačov axiálnych posuvov jeho strednej časti z hľadiska kompenzácie rušivých prevádzkových vplyvov.It is clear that the torque sensor solution described in the Czechoslovak author's certificate does not require the need for major modification, or the potential interruption of the measured shaft, does not interfere with the torsion properties of the measured equipment, is portable to other shafts. . However, it still exhibits a lack of sensitivity and hence measurement accuracy, mainly due to the construction of the casing and not to the fully satisfactory design of the electric axial displacement transducers of the central part thereof in terms of compensation for disturbing operating influences.

Úlohou predloženého vynálezu je odstrániť uvedené nedostatky vyššie popísaných riešení éi vytvoriť snímač krútiaceho momentu pôsobiaceho ako v stojacich torzných pružinách, hlavne hriadeľoch, tak aj v rotujúcich hriadeľoch pri ich ľubovoľných otáčkach, vhodný svojím vyhotovením, presnosťou a spoľahlivosťou nie len pre skúšobné, ale aj pre trvalé prevádzkové merania.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above drawbacks of the above-described solutions and to provide a torque sensor operating both in stationary torsion springs, in particular shafts and rotating shafts at their arbitrary speed, suitable for design, accuracy and reliability. permanent operational measurements.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Vyššie uvedené nedostatky doterajších riešení odstraňuje a vytýčenú úlohu plní snímač krútiaceho momentu s mechanickým prevodom radiálneho uhlového potočenia na axiálny posuv, tvorený dutým skrutným plášťom pozostávajúcim z dvoch krajných časti -p^íe pevné uchytenie k-φ hriadelu prenášajúceho krútiaci moment, alebo ktoré na tento hriadeľ priamo nadväzujú a zo strednej časti, ktorá je s nimi súosá a mechanicky spojená s oboma krajnými časťami priečok usporiadanými po obvode skrutného plášťa šípovite od krajných častí k strednej časti, pričom v dosahu strednej časti je priradený najmenej jeden snímač jej axiálneho posuvu, alebo je stredná časť skrutného plášťa v styku so snímačom axiálnej sily vyvodzovanej strednou časťou vzhľadom ku krajným častiam, alebo je stredná časť skrutného plášťa mechanicky napojená na priame ovládanie regulácie.The aforementioned drawbacks of the prior art are overcome by the torque sensor with mechanical transmission of the radial angular rotation to the axial displacement formed by a hollow screw housing consisting of two extreme portions - with a fixed attachment to the torque-transmitting shaft or to that torque. the shafts directly adjoin and from the central part which is coaxial with them and mechanically connected to the two extremities of the transversely arranged circumferentially of the casing from the extreme portions to the central portion, with at least one axial displacement sensor attached to the central portion the central portion of the screw jacket in contact with the axial force sensor exerted by the central portion relative to the extreme portions, or the central portion of the screw jacket is mechanically coupled for direct control of the control.

Podstata vynálezu spočíva v tom, že uhol sklonu priečok vzhľadom k pozdĺžnej osi skrutného plášťa, to jest uhol, ktorý zvierajú pozdĺžne osi priečok s pozdĺžnou osou skrutného plášťa je v rozsahu od ±70° do ±90°, pričom kladný alebo záporný zmysel uhlu sklonu priečok závisí na ich orientácii vzhľadom ku strednej časti skrutného plášťa.SUMMARY OF THE INVENTION The invention is based on the fact that the angle of inclination of the crossbars relative to the longitudinal axis of the skirt, i.e. the angle between the longitudinal axes of the crossbars and the longitudinal axis of the skirt, is in the range of ± 70 ° to ± 90 °. the crossbars depend on their orientation with respect to the central part of the sheath.

Podľa jednej výhodnej alternatívy snímača, krútiaceho momentu, je snímač axiálneho posuvu strednej časti dvojstranný a ue-pcrr±^ďan_ý jednou citlivou stranou v dosahu axiálnych posuvov strednej časti skrutného plášťa, zatiaľ čo jeho druhá strana, rovnako citlivá strana je v dosahu axiálnych posuvov príslušnej krajnej časti skrutného plášťa.According to one preferred alternative of the torque transducer, the axial displacement transducer of the central portion is double-sided and is provided with one sensitive side within the axial displacements of the middle portion of the housing, while its other side, equally sensitive side is within the axial displacements of the respective the outer part of the screw jacket.

Pri inom výhodnom tvare vyhotovenia snímača krútiaceho momentu je proti čelnej ploche strednej časti skrutného plášťa v dosahu ich axiálnych posuvov umiestnená aspoň jedna tryská na plynné alebo kvapalné médium, ktorá je súčasťou ovládania regulácie.In another preferred embodiment of the torque sensor, at least one nozzle for a gaseous or liquid medium, which is part of the control control, is disposed against the front face of the central part of the screw housing within the reach of their axial displacements.

Výhodou snímača krútiaceho momentu s prevodom radiálneho uhlového pootočenia na axiálny posuv podľa vynálezu je vysoká citlivosť prevodu krútiaceho momentu na axiálny posuv, veľmi účinná kompenzácia vplyvu zmien axiálneho uloženia a vibrácií snímačov axiálnych posuvov a prípadná možnosť priameho ovládania regulácie neelektrický a bezdotykove.The advantage of the torque sensor with radial angular rotation to axial displacement according to the invention is the high sensitivity of the torque to axial displacement, a very efficient compensation of the influence of changes in the axial bearing and vibrations of the axial displacement sensors and the possibility of direct non-electric and non-contact control.

Pre všetky alternatívy snímačov krútiaceho momentu podľa vynálezu má zásadný význam vytvorenie priečok v uhlom sklonu v rozsahu od ±70° do ±90°. To totiž umožňuje dosiahnuť až niekoľkonásobné väčšie axiálne posuvy zodpovedajúce prenášaným krútiacim momentom vzhľadom k doterajším priečkam s uhlom sklonu pohybujúcim sa väčšinou v okolí ±45°, čo má na rozšírenie a praktické využitie daného typu snímačov krútiaceho momentu rozhodujúci vplyv.For all the alternatives of the torque sensors according to the invention, it is essential to form the bars at an angle of inclination in the range of ± 70 ° to ± 90 °. This makes it possible to achieve up to several times greater axial displacements corresponding to the transmitted torques relative to the existing rungs with an inclination angle of mostly around ± 45 [deg.], Which has a decisive influence on the extension and practical application of the type of torque sensor.

Na dobrých vlastnostiach snímačov krútiaceho momentu vybavených jedným alebo viacerými snímačmi axiálneho posuvu sa výrazne podieľa podľa vynálezu uskutočnené usporiadanie snímačov posuvu. Použitie dvojstranných snímačov axiálneho posuvu sa na rozdiel od obvykle používaných snímačov s jednou citlivou stranou prejavuje samočinnou kompenzáciou vplyvu zmeny ich axiálneho uloženia a tým aj vlastných axiálnych vibrácii.The arrangement of the displacement sensors according to the invention contributes significantly to the good properties of the torque sensors provided with one or more axial displacement sensors. The use of double-sided axial displacement transducers, in contrast to conventional one-sided side transducers, results in a self-compensating effect of the change in their axial bearing and hence their own axial vibration.

Priame napojenie regulácie na snímač krútiaceho momentu vedie k značnému zjednodušeniu regulačnej sústavy. V prípade rotujúceho hriadeľa dáva použitie trysky na plynné alebo kvapalné médium možnosť previesť toto priame napojenie bezdotykove bez pomoci ložísk.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 nozzle on a gaseous or liquid medium makes it possible to carry out this direct connection in a contactless manner without the aid of bearings.

Prehľad obrázkov na výkreseOverview of the figures in the drawing

Vynález bude bližšie vysvetlený na jednom konkrétnom príklade vyhotovenia snímača krútiaceho momentu so snímacím ústrojenstvom axiálneho posuvu tvoreného elektrickými indukčnými snímačmi posuvu, ktorého celkové usporiadanie je schematicky znázornené v čiastočnom pozdĺžnom reze na pripojenom výkrese.The invention will be explained in more detail by way of an example of an embodiment of a torque sensor having an axial displacement transducer formed by electric inductive displacement transducers, the overall arrangement of which is schematically shown in partial longitudinal section in the attached drawing.

Príklady -vyhotoven-ra-vynálezuExamples of the invention

Z pripojeného obrázku je dobre zrejmé, že snímač krútiaceho momentu podľa vynálezu pozostáva zo skrutného plášťa 1, ktorý je tvorený dutým valcovým telesom upevneným súose, neotočne na hriadeľ h prenášajúci krútiaci moment Mk, a sta cionárnou sústavou elektrických indukčných snímačov 10 posu vu, umiestnených v držiaku 9, ktorý je na skrutnom plášti 1 uložený otočné a axiálne neposuvne. Ďalšou možnosťou úpravy uchytenia nerotujúceho držiaka 9 pritom môže byť jeho otočné uloženie na meraný hriadeľ h, alebo pevné uloženie na statorovú časť meraného zariadenia.It is clear from the attached figure that the torque sensor according to the invention consists of a screw housing 1, which is formed by a hollow cylindrical body mounted coaxially, non-rotatably on a shaft h transmitting torque Mk, and a centrionary assembly of electric inductive displacement sensors 10. The holder 9, which is mounted on the housing 1 rotatably and does not move axially. Another possibility of adjusting the gripping of the non-rotating holder 9 can be rotatably mounted on the shaft to be measured h, or fixed mounting on the stator part of the measured device.

Skrutný plášť 1 pozostáva z , dvoch krajných časti ťH ÍC s+umaju' a 4_ a strednej časti 2 u«pOT±a^awe-j koaxiálne medzi nimi. Na hriadeľ h je skrutný plášť 1 pevne uchytený len ľavou krajnou časťou 2 a pravou krajnou časťou 4 a to v rovinách kolmých na jeho pozdĺžnu os o, ktorá je súčasne aj osou rotácie hriadeľa h. Stredná časť 2 j^e priechodná, axiálne posuvná a je s každou krajnou časťou 2 aj 4 mechanicky spojená priečkami 5 v tvare plochých rebier obdĺžnikového priečneho prierezu, ktoré sú tuhé v radiálnom a poddajné v tangenciálnom smere k pozdĺžnej ose p, a ktoré smerujú šikmo šípovite k strednej časti 2· Pri znázornenom vyhotovení tvoria priečky 2 integrálnu súčasť skrutného plášťa 2/ sú usporiadané rovnomerne po jeho obvode a ich konce sú s príslušnými krajnými časťami 2 a 4, a so strednou časťou 2 pevne spojené.The skirt 1 consists of two outer portions 11 and 10 and a central portion 2 at the coaxial relationship therebetween. On the shaft h, the helical casing 1 is fixedly fixed only by the left extreme part 2 and the right extreme part 4 in planes perpendicular to its longitudinal axis o, which is also the axis of rotation of the shaft h. The central part 2 j ^E through, axially movable and to each edge portion 2 and 4 mechanically connected to the webs 5 in the form of flat ribs of rectangular cross-section, which is rigid in the radial and flexible in a direction tangential to the longitudinal axis L, and which are directed at an angle of sweep to the central part 2 · In the embodiment shown, the crossbars 2 form an integral part of the casing 2 / are arranged evenly around its periphery and their ends are rigidly connected to the respective end portions 2 and 4, and to the central part 2.

Uhol sklonu g pozdĺžnej osi priečok 5 vzhľadom k pozdĺžnej osi o skrutného plášťa 2 sa volí v rozsahu uhlov od ±70° do ±90° s ohľadom na požadovanú citlivosť prevodu vzájomného radiálneho uhlového pootočenia hriadeľa h v miestach pevného uchytenia skrutného plášťa 1 na zodpovedajúci axiálny posuv jeho strednej časti 2·The angle of inclination g of the longitudinal axis of the crossbars 5 relative to the longitudinal axis o of the helical casing 2 is selected in an angle range of ± 70 ° to ± 90 ° with respect to the desired sensitivity of the mutual radial angular rotation. its middle section 2 ·

Ako krajné časti 2 a 4_, tak aj stredná časť 2 skrutného plášťa 1 sú pre účely snímania ich axiálnych posuvov opatrené obvodovými prstencami 6, ktoré v axiálnom smere vymedzujú medzipriestory J_ s konštantnou šírkou po celom obvode skrutného plášťa 2. Do týchto medzipriestorov 2 sú umiestnené dvojstranné snímače 10 posuvu v axiálnom smere, v tomto pri7 páde elektrické indukčné snímače tak, že medzi každou axiálne citlivou stranou snímača 10 posuvu a bližšou stranou obvodového prstenca 6 vznikne medzera 8. Okolo strednej časti 2 môžu snímače 10 posuvu s výhodou vytvárať dvojicu, ktorá má spoločnú elektricky citlivú os rovnobežnú s pozdĺžnou osou o skrutného plášťa 1.For the purpose of sensing their axial displacements, both the outer portions 2 and 4 and the central portion 2 of the screw housing 1 are provided with circumferential rings 6 which define axially constant-width interspaces 7 over the entire circumference of the screw housing 2. two-sided displacement transducers 10 in the axial direction, in this case electric inductive transducers such that a gap 8 is formed between each axially sensitive side of the displacement transducer 10 and the proximal side of the circumferential ring 6. has a common electrically sensitive axis parallel to the longitudinal axis o of the helical sheath 1.

Jednotlivé elektrické indukčné snímače 10 sú pritom tvorené elektrickými cievkami s kovovými jadrami a plášťami otvorenými na oboch stranách a vyrobenými z magneticky mäkkého materiálu, ktoré sa umiestňujú do medzipriestorov 7 tak, že sa ich magnetické obvody na oboch stranách uzatvárajú cez vzduchové medzery 8 a cez obvodové prstence 6, ktoré sú na tento účel vyrobené tak isto z magneticky mäkkého materiálu.The individual electric inductive 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 7 so that their magnetic circuits are closed on both sides through air gaps 8 and peripheral rings 6, which for this purpose are also made of a magnetically soft material.

Funkcia snímača krútiaceho momentu podía vynálezu vyplýva z jeho konštrukcie a je nasledovná. Zaťaženie hriadeía h prenášaným krútiacim momentom Mk vyvoláva vzájomné radiálne uhlové pootočenie rovnobežných priečnych rezov hriadeía h, ktoré má za následok aj vzájomné radiálne uhlové pootočenie krajných častí 2. a 4. skrutného plášťa 1 bez toho, že by sa menila ich vzájomná axiálna vzdialenosť, vďaka usporiadaniu priečok 5 po obvode skrutného plášťa 1 sa takéto pootočenie krajných častí 2. a 4_ prejaví zodpovedajúcim axiálnym posuvom strednej časti 2- Prichádza k tomu vplyvom navzájom opačného namáhania, ktoré pritom vzniká v priečkach 5, ktoré spojujú strednú časť 3. s lávou krajnou časťou 2, vzhľadom k namáhaniu v priečkach spojujúcich strednú časť 2 a pravú krajnú časť 4. Je zjavné, že priečky 5 namáhané tlakom sa vzhľadom k priečnej rovine pružne napriamujú, zatiaľ čo priečky 2 namáhané ťahom sa vzhľadom k tej istej rovine pružne prikláňajú, čo je práve nutne sprevádzané axiálnym posuvom strednej časti 3. Zmysel a velkosť tohoto axiálneho posuvu sú pritom závislé na zmysle a veľkosti prenášaného krútiaceho momentu Mk. Ich vzájomná orientácia je vyznačená na priloženom nákrese a platí bez zmeny pri kíude aj rotácii hriadeía h v oboch zmysloch otáčania.The function of the torque sensor according to the invention results from its construction and is as follows. The load on the shaft h by the transmitted torque Mk causes a mutual radial angular rotation of the parallel cross-sections of the shaft h which also results in a mutual radial angular rotation of the end portions 2 and 4 of the casing 1 without changing their axial distance relative to each other. The arrangement of the crossbars 5 along the circumference of the screw casing 1 results in a corresponding axial displacement of the middle part 2 by means of a corresponding axial displacement of the middle part 2. This is due to mutually opposite stresses which occur in the crossbars 5 connecting the middle part 3 with the lava end. 2, because of the stresses in the bars connecting the middle portion 2 and the rightmost portion 4. It is evident that the pressure bars 5 resiliently erect with respect to the transverse plane, while the tensile bars 2 resiliently incline with respect to the same plane, which is just necessarily accompanied axi The sense and magnitude of this axial displacement depend on the sense and magnitude of the transmitted torque Mk. Their relative orientation is indicated in the enclosed drawing and applies without change in both the rotation and the rotation of the shaft h in both sense of rotation.

Pre uskutočnenie axiálneho posuvu strednej časti 2 skrutného plášťa 1 na elektrický výstupný signál slúžia elektrické indukčné snímače 10 posuvu, ktoré sú v súlade s podstatnou alternatívou vynálezu dvojstranné. Zmenou svojej impedancie reagujú súčasne a s rovnakou citlivosťou nielen na zmenu šírky medzery 8 vzhladom k obvodovému prstencu 6 na strednej časti 3, ale aj na zmenu šírky medzery 8 vzhladom k obvodovému prstencu 6 na príslušnej krajnej časti 2 a 4_· Výsledná zmena ich impedancie preto závisí na súhrnnej celkovej zmene šírky medzier 8 na oboch aktívnych stranách snímača 10 posuvu. Na výstupnom elektrickom signále sa potom môže v plnej miere prejaviť len meraný axiálny posuv strednej časti 2 skrutného plášťa 1, zatial čo malé axiálne pohyby snímača 10 posuvu vo vnútri medzipriestoru 7 ich nemôžu ovplyvniť. Následkom toho dochádza k velmi účinnému potlačeniu vplyvu nežiadúcich zmien axiálneho uloženia snímačov 10 posuv vzhladom ku skrutnému plášťu i, ktoré bežne nastávajú pri prevádzke snímača krútiaceho momentu.Electric inductive displacement sensors 10, which are double-sided in accordance with an essential alternative of the invention, serve to effect an axial displacement of the central part 2 of the casing 1 on the electrical output signal. By changing their impedance, they respond simultaneously and with the same sensitivity not only to change the width of the gap 8 relative to the peripheral ring 6 on the middle part 3, but also to change the width of the gap 8 relative to the peripheral ring 6 at the respective extreme parts 2 and 4. on the cumulative overall change in the width of the gaps 8 on both active sides of the displacement sensor 10. Only the measured axial displacement of the central part 2 of the housing 1 can then be fully reflected in the output electrical signal, whereas the small axial movements of the displacement sensor 10 within the interspace 7 cannot affect them. As a result, there is a very effective suppression of the effect of undesirable changes in the axial bearing of the displacement sensors 10 relative to the casing 1, which normally occurs during operation of the torque sensor.

Pri použití viacerých snímačov posuvu a pri ich výhodnom zaradení do dvojíc na spoločnej elektricky citlivej osi je možné tieto snímače 10 posuvu elektricky pripojiť na príslušnú aparatúru tak, aby sa účinky vyvolané meraným axiálnym posuvom sčítali a aby sa samočinne kompenzovali nežiadúce účinky od teplotných dilatácií a osových síl. Pri môstkovom elektrickom meraní výstupných signálov sú preto snímače 10 posuvu z jednej dvojice zapojené do susedných vetiev impedančného mostíka a tvorí takzvané polomôstkové zapojenie, ktoré je možné v prípade párneho počtu dvojíc podlá potreby zmeniť na zapojenie celomôstkové s vyššou citlivosťou.If several displacement sensors are used and are conveniently paired on a common electrically sensitive axis, these displacement sensors 10 may be electrically coupled to the appropriate apparatus so that the effects caused by the measured axial displacement are added together and self-compensating for adverse effects from thermal dilatations and axial displacement. forces. Thus, in a bridged electrical measurement of the output signals, the displacement transducers 10 of one pair are connected to adjacent impedance bridge branches and form a so-called half-bridge connection, which in case of an even number of pairs can be changed to full-bridge connection with higher sensitivity.

V prípade dostatočne velkých axiálnych posuvov strednej časti 3. skrutného plášťa 1 je možné pomocou nerotujúceho držiaka 9 umiestniť vo funkčnom dosahu obvodových prstencov 6 jednu alebo viac axiálnych trysiek na plynné alebo kvapalné médium. Tieto trysky môžu byť súčasťou regulačných obvodov a môžu takto priamo a bezdotykove reagovať na zmeny krútiaceho momentu Mk zodpovedajúcimi zmenami prietočného množstva použitého média.In the case of sufficiently large axial displacements of the central part 3 of the casing 1, one or more axial nozzles can be placed on the gaseous or liquid medium within the operating range of the circumferential rings 6 by means of a non-rotating holder 9. These nozzles can be part of the control circuitry and can thus react directly and without contact to the torque variations Mk by corresponding changes in the flow rate of the medium used.

V prípade opretia strednej časti 3. skrutného plášťa 1 v axiálnom smere o jeden alebo viac snímačov axiálnej si9 ly, čo nie je na výkrese znázornené, je možné snímať pôsobenie krútiaceho momentu Mk prostredníctvom zodpovedajúcich silových účinkov. Pri použití potrebných ložísk je možné tento prevod krútiaceho momentu MK uskutočniť aj pri rotácii hriadeľa h.If the central part 3 of the screw housing 1 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 necessary bearings are used, this torque transmission MK can also be carried out when the shaft is rotated h.

Ak sú axiálne posuvy strednej časti 3. skrutného plášťa 1 zodpovedajúce prenášaným krútiacim momentom Mk dostatočne velké, umožňujú presné a stabilné priame prevedenie týchto posuvov na niektoré regulačné prvky prostredníctvom pomerne jednoduchých kinematických mechanizmov.If the axial displacements of the central part 3 of the casing 1 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.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Snímače krútiaceho momentu podľa vynálezu je možné prakticky využiť skoro pre všetky laboratórne a prevádzkové merania rotujúcich a stacionárnych strojov a pohonov bez podstatného zásahu do ich konštrukcie a ovplyvnení ich mechanických parametrov.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 their mechanical parameters.

Veľmi široké uplatnenie môže dosiahnuť snímač krútiaceho momentu ako torzný silomer pre rôzne typy dynamometrov a váh vhodných aj do ťažkých prevádzkových podmienok.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 under difficult operating conditions.

Významné je aj využitie jeho výborných dynamických vlastností pre diagnostiku točivých strojov a pre ich zabezpečenie proti náhlej poruche.It is also important to use its excellent dynamic properties for diagnostics of rotating machines and for their protection against sudden failure.

Claims

PATENT CLAIMS

1. A torque sensor comprising a stationary axial displacement or axial force sensing device and / or a stationary kinematic torque control mechanism operatively connected to a central, axially displaceable portion of a hollow torque shell; having two axial portions coaxial to the central portion adjacent to the shaft and / or for a firm attachment to the torque transmitting shaft, the two extremities being connected to the central portion by crossbars arranged obliquely angularly from the extreme portions to the central portion a casing which forms a mechanical transverse angular rotation converter at its attachment points to the shaft for a corresponding displacement of its central part, characterized in that the inclination angle (α) of the longitudinal axis of the cross-members (5) relative to the longitudinal axis (o) of the helical casing (1) ) is within an angle range of ± 70 ° to ± 90? wherein the positive or negative sense of inclination angles (?) depends on the orientation of the crossbars (5) with respect to the central portion (3) of the helical sheath (1).

Torque sensor according to claim 1, characterized in that at least one double-sided displacement sensor (10) is arranged between the middle part (3) and the extreme part (2 or 4) of the screw housing (1) such that the middle portion (3) lies within the functional range of one of its sensitive sides, while the respective extreme portion (2) or (4) lies within the functional range of its other, equally sensitive side.

The torque sensor according to claim 1, characterized in that at least one liquid or gaseous fluid nozzle is arranged in the effective range of the axial displacements of the central portion (3) against the end face on the central portion (3) of the screw housing (1).