книги / Метрология, стандартизация и сертификация. Методы и средства измерения физических величин

ят.гй преобразователь аналовых и частотных сигналов. В последнем произ­ водится преобразование сигналов Мг и © в код, перемножение кодов, вы­

деление кода мощности и вычисление произведенной работы за опреде­ ленный промежуток времени. Встроенный микропроцессор выполняет ус­ тановку нуля, выбирает диапазон измерения, масштабирование, осуществ­ ляет диагностику всей системы, накапливает информацию и выдает ее во внешние устройства.

Датчик ДКМ-Т (СССР) имеет механическую конструкцию, анало­ гичную конструкции датчика ДКМ-Ф. Фотоэлектрический преобразова­ тель заменен тензомостом и индуктором. Связь между вращающейся ча­ стью и неподвижной осуществляется с помощью вращающихся трансфор­ маторов.

14.3. Индуктивные преобразователи крутящего момента

Чувствительным механическим элементом индуктивных преобразо­ вателей также является торсион, закручивание которого воспринимается индуктивным преобразователем. При этом якорь перемещается в катуш­ ках, что вызывает разбаланс мостовой схемы, или катушки в трансформа­ торной схеме перемещаются одна относительно другой. В обоих случаях на выходе системы обмоток появляется напряжение, пропорциональное углу скручивания торсиона и, следовательно, крутящему моменту. Индук­ тивные преобразователи работают на несущей частоте, для передачи пита­ ния и съема сигнала с вращающегося вала используются вращающиеся трансформаторы.

Некоторые особенности индуктивных преобразователей:

- вследствие их повышенной чувствительности диапазон измерения Мк может быть широким, особенно диапазон малых крутящих моментов (до 1(Г* Нем);

-угол закручивания торсиона 0,3 - 5°;

-пригодны для измерения статических и динамических величин;

-класс точности (приведенная погрешность) ±(0,25 - 0,5) %. Серийно в Российской Федерации индуктивные датчики крутящего

момента не разрабатываются, хотя в технической литературе и авторских свидетельствах описаны некоторые их варианты. В качестве примера рас­ смотрим серийный датчик TG (Швейцария). Датчик состоит из первичного преобразователя и вторичного электронного прибора. В основе работы первичного преобразователя лежит принцип изменения величины воздуш­ ных зазоров в магнитных системах индуктивных катушек под действием приложенного к валу крутящего момента, что приводит к появлению вы­ ходного напряжения.

Первичный преобразователь представляет собой упругий вал (торсион), на котором смонтированы подвижные секции двух вращающихся трансформаторов, четыре (попарно) индуктивные катушки, укрепленные на держателе, связанном с одним сечением измерительной базы. Сердеч­ ники катушек жестко связаны с другим сечением измерительной базы торсиона. При скручивании торсиона сердечники перемещаются и мостовая схема из четырех катушек приходит в состояние небаланса. Неподвижные обмотки вращающихся трансформаторов размещены на статоре, укреп­ ленном на шарикоподшипниках.

Достоинства датчика:

-простота электрической схемы на валу датчика, отсутствие слож­ ных электронных узлов;

-независимость показаний от скорости вращения вала;

-независимость показаний от вибраций и осевого смещения тор­

сиона.

Недостатками являются малая жесткость торсиона и чувствитель­ ность к неизмеряемым компонентам нагрузки.

14.4.Магнитоупругие датчики крутящего момента

Вмагнитоупругих преобразователях используется изменение маг­ нитной проницаемости ферромагнитных тел в зависимости от механиче­ ских напряжений, возникающих под действием приложенных сил. В каче­ стве чувствительного элемента для измерения крутящего момента исполь­ зуется участок вала, выполненного из обычной мягкой стали.

При скручивании вала магнитная проницаемость увеличивается в

направлении 45° к оси вала и уменьшается в перпендикулярном направле­ нии пропорционально приложенному моменту. Это связано с появлением растягивающих и снимающих усилий, направленных по этим направлени­ ям. Рассмотрим некоторые конструкции датчиков крутящего момента.

Устройство дроссельного приставного магнитоупругого датчика мо­ мента (МДМ) показано на рис. 14.2. Два П-образных дросселя 7 и 2 распо­ лагаются с зазором относительно контролируемого вала под углом 45° к оси вала и перпендикулярно друг другу, так что один из них находится в зоне растягивающих напряжений, а другой - в зоне сжимающих. При воз­ никновении в валу крутящего момента индуктивное сопротивление катуш­ ки первого дросселя будет возрастать, а второго уменьшаться. Катушки дросселей включены в схему неуравновешенного моста переменного тока. Недостатком такого МДМ является большая погрешность из-за различной магнитной проницаемости отдельных участков вала, изменения воздуш­ ных зазоров между дросселями и валом при экцентриситете последнего.

Рис. 14.2. Дроссельный приставной магнитоупрупш датчик момента

Более совершенным является симметричный кольцевой МДМ, из­ вестный под названием тордуктора. Он состоит из 3 электромагнитов с сердечниками в виде колец с явно выраженными полюсами. Сердечники выполняются шихтованными из листов электротехнической стали. На по­ люсах среднего кольца расположены обмотки возбуждения, на полюсах крайних колес - обмотки измерительные. Каждое кольцо имеет одинако­ вое количество полюсов - симметричный МДМ. Полюса возбуждения сдвинуты на 1/2 шага относительно измерительных полюсов. Обмотки возбуждения соединяются параллельно, а измерительные - поезежвагельно.

Вкольцевом МДМ происходит усреднение магнитных участков ват

ивзаимокомпенсация неравенства зазоров между отдельными полюсами и валом. Важным достоинством МДМ является высокая чувствительность. К недостаткам его можно отнести нелинейность выходных характеристик

взоне малых моментов.

Кольцевой дифференциальный МДМ - дифдуктор - имеет конст­ рукцию, аналогичную конструкции кольцевого МДМ, но количество изме­ рительных полюсов на каждом кольце удвоено. Измерительные обмотки соединяются в две группы, напряжение каждой группы выпрямляется, разность напряжений подается на выход. Развертка кольцевого дифферен­ циального МДМ и схема соединений представлены на рис. 143.

Основным достоинством дифференциального МДМ является линей­ ность выходной характеристики.

В табл. 14.1 приведены технические характеристики магнитоупрупк датчиков крутящего момента.

10. Фролов Л.Б. Измерение крутящего момента. М., 1967.

И. Цейтлин Л.Н. и др. Применение магнитоупругих датчиков кру­ тящего момента в станках с адаптивным управлением // Станки и инстру­ мент. 1974. № 8.

13. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П.В. Новицкого. Л., 1975.

МАТУШКИН Николай Николаевич СУХАНОВ Емельян Ермолаевич

ДАТЧИКИ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Учебное пособие

Редактор Н.Г. Важенина

Корректор ГЛ. Шилоносова

Лицензия ЛР № 020370 от 29.01.97

Подписано в печать 19.02.2001 Тираж 200 экз. Формат 90X60-46 Уел. печ.л. 8,0 Уч.-изд .л. 9,2 Набор компьютерный

Заказ №416/2001

Редакционно-издательский отдел 111т У

Отпечатано на ризографе в отделе Электронных издательских систем ОЦНИТ

Пермского государственного технического университета 614600, г. Пермь, Комсомольский пр., 29а, к. 113,