Claims (3)
валах, не про вл ющих магнитоупругий эффект в поверхностном слое. Цель е способе основанном на магни- тоулругом эффекте и включающем предварительное циркул рное намагничивание ферромагнитного вала с помощью посто нного тока достигаетс за счет того, что вал с остаточной циркул рной намагниченностью помещают в переменное магнитное поле, а значение крут щего момента определ ют по величине четньк гармоник пере менного пол . Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим ферромагнитный вал с остаточной циркул рной намагниченностью , концентричный валу неподвижный магнитопривод с полесоздаюшей и измер ительной обмотками и измерительный прибор , в которое дополнительно введен генератор переменного тока и блок выделе- НИН четных гармоник, включенный между измерительной обмоткой и измерительным прибором, а блок вьзделени гармоник содержит частот1го« збиратвльный усилитель, настроенный на одну из четных гармоник частоты генератора,. предпоЧ1тительно вторую , .а также фазочувствительный детектор и корректор нуль-пункта, который, вьь полнев в виде двухполупериодного вьшр - мител с регул тором величины выходного напр жени , включенно го через фазоврашатель между генератором переменного тока и входом частотно-избирательного усилител . На фиг. 1 дана иллюстраци предлагаемого способа определени крут щего момента; (на фиг. 2 - схема устройства; на фиг, 3 (а,б,в) - диаграммы, по сн ю-. щие работу корректора нуль-пункта. Существо способа заключаетс в следу ющем. Через стальной вал 1 в осевом направлении кратковременнб (в течение нескольких секунд) пропускают посто нный ток I. , который ;ДОстатачен дл циркул рного намагничивани вала до насыщени , Напр женность остаточного пол после такого намагничивани: при изотропности магнитньк свойств вала имеет только циркул рную составл ющую Иf, (фиг. 1), т.е. вектор остаточной н-амагничанности . Ну, совпадает с Н }, Под действием крут щего момента Мц возникают напр жени раст жени Sp и сжати , направленные соответственно под углом + 45 и - 45 к оси вала. 6 14 Вследствие того вектор остаточной апр женности Н. (фиг. 1) поворачивает в направлении ©р и получает осевую оставл ющую Нд , пропорциональную еличине крут щего момента , , Этот роцесс пpoиcxoд T во всех элементарных бъектах вала, в которых отсутствуют начительные остаточные маханические апр жени или деформации структуры меалла . У остальных валов, у которых поверхностный слой вследствие механической , термической или иной обработки не про вл ет магнитоупругого эффекта, процесс магнитоупругого преобразовани происходит в средней части вала. Однако деформированный поверхностный слой 2 (фиг 1) служит магнитным экраном, не выпуска осевую составл ющую Но от средних слоев наружу и дела ее л едостут ной дл непосредственного измерени . Дл получени информации о величине осевой составл ющей вал помещают в переменное магнитное поле Н. (фиг. 1), Таким образом, в поверхностном слое существуют одновременно два пол : посто нное - HO и переменное Н- . Взаимодействие двух таких полей в ферромагнитном материале приводит к по влению четных гармоник переменного пол . Амплитуды четных гармоник, в частности второй, пропорциональны напр женности посто нного пол RO , т.е. в данном случае величине .крут щег о момента, фаза четных гармоник зависит от направлени HQI t т.е. от знака момента. Устройство дл определени крут щего момента, реализующее предлагаемый способ содержит вал - чувствительный элемент 1 (фиг. 2), который может иметь поверхностный слой 2, не про вл ющий магнитоупругого эффекта. Ban выполнен с остаточной циркул рной намагниченностью и помещен внутри полесоздающей 3 и измерительной 4 обмоток с общим магнито- проводом 5. Полесоздающа обмотка присоединена к генератору6-переменного . Измерительна обмотка подключена к блоку выделени чётньпс гармоник, который содержит: фазовращатель 7, двухполупериодный: вьтр митель 8 с регулируемой величиной выходного напр жени , частотно-избирательный усилитель 9, настроенный на одну из четных гармоник,, предпочтительно вторую, фазочувствите т- ный детектор 10 измер емой гармоники. 56 На выходе блока выделени четных гар моник включен измерительный прибор (мил ливольтметр) 11, Переменный ток от генератора 6, проход через обмотку 3, создает переменное магнитное поле, которое замыкаетс через наружный слой 2 вала и магнитопровод 5# В измерительной обмотке 4 при этом наводитс ЭДС, содержаща первую гармонику , а также высшие гармоники, в осно&ном третью, которые по вл ютс вследствие нелинейных свойств магнитной цепи. При скручивании вала в его поверхност ном слое 2 в результате взаимодействи посто нного и переменного магнитных полей возникают четные гармоники переменного пол . Дл измерени их ЭДС служит блок выделени четньсх.гармоник, который в простейшем случае может представл ть собой частотно-избирательный усилитель или фильтр, настроенный на одну из .четыpax гармоник. Такой простейший блок не позвол ет корректировать нуль-пункт, т.е. начальное положение указател измеритель ного прибора, а также не позвол ет определ ть напр жение (знак) крут щего момента . Вследствие несимметричности тока, анизотропности магнитных свойств вала и других причин в измерительной обмотке при ненагруженном вале наводитс ЭДС четных, гармоник пор дка от 5 до 5О% максимального значени измер емой гармоники . Такой начальный уровень недопустим , поэтому измерительное устройство содержит корректор нуль-пункта, который выполнен & виде двухполупериодного выпр мител 8 с регулируемой величиной выходного напр жени , включенного через фазовращатель 7 между генератором 6 переменного тока и входом частотно-избирательного усилител 9, На фиг. За схематически показана ЭДС измерительной обмотки (сплошна лини ). Содержаща с в этой ЭДС втора гармоника дана пунктиром. На фиг. 36 показано напр жение на выходе двухполупериодного вьтр мител в (сплошна лини ). Это напр жение включено последовательно с ЭДС обмотки 4. С помощью фазовращател 7 и регул тора величины напр жени вьтр мител устанавливаетс такое значение напр жени , при котором гармоника, содержаща с в нем (пунктир фиг. 36), равна по.амплитуде и противоположна по фазе второй гармонике в измерительной обмотке. Возможность регулировани амплитуды и фазы второй гармоники показана условно 81 с помо.шью вертикальных и горизонтальных стрелок на фиг. 36. После такой компенсации -напр жени на аходе частотно-избирательного усилител не содержит второй гармоники (пунктир на фиг. Зв), и стрелка измерительного прибора 11 при этом устанавливаетс в нулевое положение,,, Фазочувствителькый детектор 10 служит дл определени направлени (знака) крут щего момента. При изменении знака момента мен етс фаза измер емой четной гармоники, что приводит к отклонению указател измерительного прибора в другую сторону от нулевого положени . Предлагаекгый способ и устройство дл его осуществлени позволит примен ть магнитоупругие преобразователи дл изме™ рени крут .щего момента, передаваемого через стальные валы, в том числе и такие , поверхностный слой которых: вследствие механической, термической;или иной обработки не про вл ет магнитоупруги.х свойств, например через стальные валы различных машин и механизмов. По сравнению с известными способами , основанными на магнитоупругом эффекте , предлагаемое решение обладает существенно более широкой областью применени . Формула изобретени 1,Способ определени крут щего момента , основанный на; магнитоупругом эффекте и включающий предварительное циркул рное намагничивание ферромагнитного цала с помощью посто н ного тока, отличающийс тем, что, с целью расширени области применени способа . на стальных валах, не про вл ющих ыагнитоупругий эффект в поверхностном слое, вал с остаточной циркул рной намагниченностью помещают в неременное магнитное Поле, а значение крут щего момента определ ют по величине четных гармоник переменного пол . shafts that do not exhibit a magnetoelastic effect in the surface layer. The objective of the method based on the magneto-different effect and including the preliminary circular magnetization of the ferromagnetic shaft using direct current is achieved by placing the shaft with the residual circular magnetization into an alternating magnetic field, and the torque value is determined by the magnitude of the magnitude. harmonics of variable sex. Such a method can be carried out with a device containing a ferromagnetic shaft with residual circular magnetization, a stationary magnetically driven magnetic actuator with a field creation and measuring windings, and a measuring device that additionally has an alternator and an HIN even harmonics unit connected between the measuring winding and measuring instrument, and the harmonic separation unit contains a frequency "selective amplifier tuned to one of the even harmonics of the generator frequency,". Preferably, the second, as well as phase-sensitive detector and zero-point corrector, which is complete in the form of a full-wave full-phase switch with an output voltage regulator connected through a phase shifter between the alternator and the input of the frequency-selective amplifier. FIG. 1 gives an illustration of the proposed method for determining the torque; (Fig. 2 is a diagram of the device; Fig. 3 (a, b, c) is diagrams for the operation of the zero-point corrector. The essence of the method consists in the following. Through the steel shaft 1 in the axial direction of short duration (within a few seconds) pass a direct current I., which; is adapted for circularly magnetising the shaft to saturation; Tension of the residual field after such magnetization: with isotropy, the magnetic properties of the shaft have only the circular component If, (Fig. 1) , ie, the vector of residual n-magnetism. Well, it coincides with H}, By the action of the torque moment Mz, the tension Sp and compression are directed, directed respectively at an angle of + 45 and -45 to the axis of the shaft. 6 14 As a result, the residual vector of apr. N. (Fig. 1) turns in the direction © р and gets axial leaving ND, proportional to the magnitude of the torque, This process of T is in all elementary shaft objects that do not have significant residual mechanical aprons or deformations of the structure of the metal. For the remaining rolls, in which the surface layer due to mechanical, thermal or other processing does not exhibit a magnetoelastic effect, the magnetoelastic transformation process takes place in the middle part of the shaft. However, the deformed surface layer 2 (Fig. 1) serves as a magnetic screen, not releasing the axial component But from the middle layers to the outside and making it suitable for direct measurement. To obtain information about the magnitude of the axial component, the shaft is placed in an alternating magnetic field H. (Fig. 1). Thus, in the surface layer there are simultaneously two fields: constant - HO and variable H-. The interaction of two such fields in a ferromagnetic material leads to the appearance of even harmonics of an alternating field. The amplitudes of even harmonics, in particular the second, are proportional to the intensity of the constant floor RO, i.e. in this case, the torque is twisted about the moment, the phase of even harmonics depends on the direction HQI t, i.e. from the sign of the moment. A device for determining the torque that implements the proposed method comprises a shaft - a sensitive element 1 (Fig. 2), which may have a surface layer 2 that does not exhibit a magnetoelastic effect. The ban is made with residual circular magnetization and is placed inside the field-generating 3 and measuring 4 windings with a common magnetic wire 5. The field-producing winding is connected to a 6-alternator. The measuring winding is connected to a block of distinct harmonics, which contains: phase shifter 7, full-wave: transducer 8 with adjustable output voltage, frequency-selective amplifier 9, tuned to one of the even harmonics, preferably the second one, phase-sensitize the detector 10 measurable harmonics. 56 At the output of the even harmonics pickup unit, a measuring device (milvoltmeter) 11, AC from generator 6, passing through winding 3, creates an alternating magnetic field, which is closed through the outer layer 2 of the shaft and the magnetic circuit 5 # B of measuring winding 4. EMF containing the first harmonic as well as the higher harmonics is induced in the main & third, which appear due to the non-linear properties of the magnetic circuit. When the shaft is twisted in its surface layer 2, the interaction of a constant and alternating magnetic fields produces even harmonics of an alternating field. To measure their EMF, an even harmonic allocation unit is used, which in the simplest case can be a frequency selective amplifier or a filter tuned to one of the four harmonics. Such a simple block prevents the zero point from being corrected, i.e. the initial position of the gauge pointer, and also does not allow to determine the voltage (sign) of the torque. Due to the asymmetry of the current, the anisotropy of the magnetic properties of the shaft and other causes, an emf of even, harmonics in the measuring winding with an unloaded shaft induces from 5 to 5% of the maximum value of the measured harmonic. This initial level is invalid, so the measuring device contains a zero-point corrector that is made by & as a full-wave rectifier 8 with an adjustable output voltage connected through a phase shifter 7 between the alternator 6 and the input of the frequency-selective amplifier 9, FIG. For schematically shown EMF measuring winding (solid line). Containing with in this EMF the second harmonic is given by a dotted line. FIG. 36 shows the voltage at the output of the full-wavelength voltage of the receiver (full line). This voltage is connected in series with the EMF of the winding 4. With the help of the phase shifter 7 and the regulator of the magnitude of the voltage of the voltages, the voltage is set at which the harmonic contained in it (dotted line in Fig. 36) is equal in amplitude and opposite to phase to the second harmonic in the measuring winding. The possibility of adjusting the amplitude and phase of the second harmonic is shown conventionally 81 using the vertical and horizontal arrows in FIG. 36. After such a compensation, the voltage on the turn of the frequency-selective amplifier does not contain the second harmonic (dotted line in Fig. Sv), and the pointer of the measuring device 11 is then set to the zero position ,,, Phase-sensitivity detector 10 serves to determine the direction (sign) torsional moment. When the sign of the moment changes, the phase of the measured even harmonic changes, which leads to a deviation of the gauge pointer to the other side from the zero position. The proposed method and device for its implementation will allow the use of magnetoelastic transducers for measuring the torsional moment transmitted through steel shafts, including those whose surface layer: due to mechanical, thermal, or other processing, does not exhibit a magnetoelastic. x properties, for example through steel shafts of various machines and mechanisms. Compared with the known methods based on the magnetoelastic effect, the proposed solution has a much wider field of application. Claim 1, Method for determining torque, based on; a magnetoelastic effect and including a preliminary circular magnetization of a ferromagnetic center with a direct current, characterized in that, in order to expand the field of application of the method. on steel shafts that do not exhibit a magnetoelastic effect in the surface layer, the shaft with the residual circular magnetization is placed in a non-temporal magnetic field, and the torque value is determined from the magnitude of the even harmonics of the alternating field.
2.Устройство дл осуществлени способа определени крут щего момента по п. 1, содержащее ферромагнитный вал с остаточной циркул рной намагниченностью, концентричный валу неподвижный Магнитопривод с полесоздающей и измерительной обмотками и измерительный прибор, отличающеес тем, что,, в него дополнительно введен генератор переменного тока и блок вьщелени четных гармоник , включенный между измерительной обкюткой и измерительным прибором. 3, Устройство по п. 2, о т л и ч а юш 9 е с тем, что блок выделкни гармоник содержит частотно-избирательный усилитель , настроенный на одну из четных гармоник частоты генератора, предпочтительно вторую, а также фазочувствитель- ный детектор и корректор нуль-пункта. 4. Устройство по пп. 2 и 3, о т л ичающеес тем, что корректор нульпункта выполнен в виде двухполупериодпого выпр мител с регул тором величины выходного напр жени , включе шого2. A device for carrying out the method for determining the torque of claim 1, comprising a ferromagnetic shaft with residual circular magnetization, concentric to the shaft stationary A magneto-actuator with field-generating and measuring windings and a measuring instrument, characterized in that an alternating current generator is additionally introduced into it and an even harmonics block connected between the measuring loop and the measuring device. 3, The device according to claim 2, of which is 9, so that the block of harmonic blocks contains a frequency-selective amplifier tuned to one of the even harmonics of the generator frequency, preferably the second one, as well as a phase-sensitive detector and corrector zero point. 4. The device according to PP. 2 and 3, which is based on the fact that the zero-point corrector is designed as a full-wave rectifier with a regulator of the output voltage, including
/ 65 818 через фазовращатель между генератором переменного тока и входом частотно-избирательного усилител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 148932, кл. G 01 U 3/1О, 1960. 2.Авторское свидетельство CCCF № 286294, кл. Q 01 L 3/10, 1969. / 65 818 through the phase shifter between the alternator and the input of the frequency-selective amplifier. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 148932, cl. G 01 U 3 / 1O, 1960. 2. Certificate of CCCF No. 286294, cl. Q 01 L 3/10, 1969.
3. За вка №2134346/10, кл. GI 01: U 3/24, 1975, по которой лрин то положительное решение о выдаче авторского свидетельства.3. For the issue №2134346 / 10, cl. GI 01: U 3/24, 1975, according to which it is a positive decision to issue an author's certificate.
////////7//////////7///7 /// //////// 7 ///////// 7 /// 7 ///
//7ЛУ////А/ // 7LU //// A /
Риг.зRig.z