RU2428666C1

RU2428666C1 - Device for noncontact measurement of torque

Info

Publication number: RU2428666C1
Application number: RU2010111121/28A
Authority: RU
Inventors: Виталий Валентинович Устинов (RU); Виталий Валентинович Устинов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Интеллектуальные Сборочные Системы"
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-09-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device for noncontact measurement of torque, having a rotor on which there is a tenso-bridge, a voltage-to-frequency converter, a stabiliser-rectifier, a turning transformer winding, a turning capacitance coupling capacitor sheet and a stator with a fixed capacitance coupling capacitor sheet, a pulse amplifier connected through a capacitance coupling capacitor to the voltage-to-frequency converter, a fixed transformer winding and information processing electronic unit with a module for measuring torque, the voltage-to-frequency converter and the pulse amplifier are electrically connected to each other by a common weight, is fitted with a module for measuring rotation frequency, the capacitance coupling capacitor is variable, wherein said capacitance varies depending on the angle of rotation of the rotor relative the stator several times in one revolution of the rotor from a minimum to a maximum value, and the fixed coupling capacitor sheet is connected through a detector to the input of the module for measuring the rotation frequency of the information processing unit.

EFFECT: broader functional capabilities of the device owing to the possibility of measuring rotation frequency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крутящего момента на вращающихся валах машин и механизмов.The invention relates to measuring equipment and can be used to control the torque on the rotating shafts of machines and mechanisms.

Известно устройство для бесконтактного измерения крутящего момента, содержащее ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающейся обмоткой трансформатора, вращающейся пластиной конденсатора емкостной связи и статора с неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижная обмотка трансформатора и электронного блока обработки информации с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой (см. патент RU №2252402).A device is known for non-contact measurement of torque, comprising a rotor with a strain bridge mounted on it, a voltage to frequency converter, a stabilizer rectifier, a rotating transformer winding, a rotating capacitor coupling capacitor plate and a stator with a fixed capacitor coupling capacitor plate, a pulse amplifier, through a capacitive coupling capacitor connected to a voltage-to-frequency converter, a fixed winding of a transformer and an electronic information processing unit with a module m torque measurement, the transducer voltage-to-frequency power pulses and are electrically connected by a common mass (See. Patent RU №2252402).

Недостатком указанного устройства являются недостаточно широкие функциональные возможности, так как отсутствует возможность измерения частоты вращения и мощности на контролируемых валах машин и механизмов.The disadvantage of this device is not wide enough functionality, since there is no possibility of measuring the speed and power on the controlled shafts of machines and mechanisms.

Технический результат изобретения расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности измерения частоты вращения.The technical result of the invention is the expansion of the functionality of the device due to the possibility of measuring the speed.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство бесконтактного измерения крутящего момента, содержащее ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающейся обмоткой трансформатора, вращающейся пластиной конденсатора емкостной связи и статора с неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижная обмотка трансформатора и электронного блока обработки информации с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой, снабжено модулем измерения частоты вращения, конденсатор емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора относительно статора несколько раз за один оборот ротора от минимального до максимального значения, а неподвижная пластина конденсатора связи через детектор подключена ко входу модуля измерения частоты вращения блока обработки информации.The technical result achieved is achieved by the fact that a non-contact torque measurement device comprising a rotor with a strain bridge mounted on it, a voltage to frequency converter, a stabilizer rectifier, a rotating transformer winding, a capacitive coupling capacitor rotating plate and a capacitive coupling capacitor fixed plate, a pulse amplifier through a capacitor coupling capacitor connected to a voltage to frequency converter, a stationary winding of a transformer and an electric the information processing unit with a torque measuring module, the voltage-to-frequency converter and the pulse amplifier are electrically connected to each other by a common mass, equipped with a speed measuring module, the capacitive coupling capacitor is made of variable capacity, and the coupling capacitor varies depending on the angle of rotation of the rotor relative to the stator several times in one revolution of the rotor from the minimum to the maximum value, and the fixed plate of the coupling capacitor is connected through the detector to the input of the speed measurement module of the information processing unit.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для бесконтактного измерения крутящего момента, на фиг.2 развертка пластин конденсатора емкостной связи, на фиг.3 диаграмма напряжений на неподвижной пластине конденсатора емкостной связи.Figure 1 shows a functional diagram of a device for non-contact measurement of torque, figure 2 scan plates capacitor coupling capacitor, figure 3 diagram of the voltage on a fixed plate capacitor coupling capacitor.

Устройство бесконтактного измерения крутящего момента содержит ротор 1 с размещенными на нем тензомостом, 2 преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором,4, вращающейся обмоткой, 5 трансформатора 6, вращающейся пластиной 7 конденсатора 8 емкостной связи и статора 9 с неподвижной пластиной 10 конденсатора 8 емкостной связи, усилитель 11 импульсов, через конденсатор 8 емкостной связи подключенный к преобразователю 3 напряжения в частоту, неподвижная обмотка, 12 трансформатора, 6 электронный блок 13 обработки информации с модулем 14 измерения крутящего момента, преобразователь 3 напряжения в частоту и усилитель 11 импульсов электрически соединены между собой общей массой, блок 13 обработки информации снабжен модулем 15 измерения частоты вращения, конденсатор 8 емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора 8 связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора 1 относительно статора 9 несколько раз за один оборот ротора 1 от минимального до максимального значения, а неподвижная пластина 10 конденсатора 8 связи через детектор 16 подключена ко входу модуля 15 измерения частоты вращения блока 13 обработки информации.The non-contact torque measurement device comprises a rotor 1 with a strain bridge placed on it, 2 a voltage to frequency converter, a stabilizer rectifier, 4, a rotating winding, 5 transformer 6, a rotating plate 7 of a capacitor coupling capacitor 8 and a stator 9 with a fixed plate of a capacitor 8 of a capacitor communications, amplifier 11 pulses, through a capacitor 8 capacitive coupling connected to the Converter 3 voltage to frequency, fixed winding, 12 transformers, 6 electronic unit 13 for processing information with mod a torque measurement unit 14, a voltage-to-frequency converter 3, and a pulse amplifier 11 are electrically connected to each other by a common mass, the information processing unit 13 is provided with a speed measurement module 15, the capacitive coupling capacitor 8 is made of variable capacitance, and the capacitance of the coupling capacitor 8 varies depending on the angle of rotation of the rotor 1 relative to the stator 9 several times in one revolution of the rotor 1 from the minimum to the maximum value, and the fixed plate 10 of the coupling capacitor 8 is connected through the detector 16 to an input unit 15 measuring unit 13 of information processing speed.

Устройство бесконтактного измерения крутящего момента работает следующим образом.A non-contact torque measurement device operates as follows.

Устройство устанавливают между приводным механизмом и валом, на котором необходимо произвести измерение крутящего момента, и включают механизм в работу.The device is installed between the drive mechanism and the shaft on which it is necessary to measure the torque, and include the mechanism in operation.

Одновременно с блока 17 питания на неподвижную катушку 12 трансформатора 6 подают переменное напряжение. При этом переменное напряжение появляется на вращающейся обмотке 5 трансформатора 6.At the same time, an alternating voltage is applied to the fixed coil 12 of the transformer 6 from the power supply unit 17. When this alternating voltage appears on the rotating winding 5 of the transformer 6.

Это напряжение поступает на вход выпрямителя-стабилизатора 4, на выходе которого появляется постоянное напряжение, которое поступает на вход тензомоста 2 и на вход питания преобразователя 3 напряжение в частоту (не указано).This voltage is supplied to the input of the rectifier-stabilizer 4, at the output of which a constant voltage appears, which is fed to the input of the strain bridge 2 and to the power input of the converter 3 voltage to frequency (not specified).

При возникновении на валу крутящего момента на выходе тензомоста 2 ротора 1 появляется электрическое напряжение, величина которого пропорциональна величине крутящего момента.When a torque occurs on the shaft at the output of the strain bridge 2 of the rotor 1, an electric voltage appears, the magnitude of which is proportional to the magnitude of the torque.

Это напряжение поступает на вход преобразователя 3 напряжения в частоту. Преобразователь 3 напряжения в частоту осуществляет преобразование напряжения в частоту, пропорциональную величине крутящего момента.This voltage is supplied to the input of the Converter 3 voltage to frequency. The voltage-to-frequency converter 3 converts the voltage into a frequency proportional to the magnitude of the torque.

Это напряжение переменной частоты через конденсатор 8 емкостной связи поступает на вход усилителя 11. С выхода усилителя 11 усиленное напряжение поступает на модуль 14 измерения крутящего момента блока 13 обработки информации.This voltage of variable frequency through the capacitor 8 of the capacitive coupling is supplied to the input of the amplifier 11. From the output of the amplifier 11, the amplified voltage is supplied to the torque measurement module 14 of the information processing unit 13.

Модуль 14 производит обработку поступающего на вход переменного напряжения и выдает информацию о величине крутящего момента.Module 14 processes the incoming AC voltage and provides information on the magnitude of the torque.

Так как емкость конденсатора 8 связи меняется в зависимости от угла поворота ротора 1 относительно статора 9, то происходит модуляция амплитуды напряжения с выхода преобразователя 3 напряжения в частоту на неподвижной пластине 10 конденсатора 8 связи в зависимости от угла поворота ротора 1. При этом период частоты модуляции пропорционален периоду частоты вращения ротора. При этом если измерять частоту огибающей напряжения на неподвижной пластине 10 конденсатора 8, то можно измерять частоту вращения ротора 1.Since the capacitance of the coupling capacitor 8 varies depending on the angle of rotation of the rotor 1 relative to the stator 9, the voltage amplitude is modulated from the output of the voltage converter 3 to the frequency on the fixed plate 10 of the coupling capacitor 8 depending on the angle of rotation of the rotor 1. In this case, the period of the modulation frequency proportional to the period of the rotor speed. Moreover, if you measure the frequency of the envelope of the voltage on the fixed plate 10 of the capacitor 8, then you can measure the frequency of rotation of the rotor 1.

Огибающая напряжения на неподвижной пластине 10 конденсатора 10 выделяется детектором 16 и поступает на вход модуля 15 измерения частоты вращения.The voltage envelope on the fixed plate 10 of the capacitor 10 is extracted by the detector 16 and is fed to the input of the speed measuring module 15.

Модуль 15 производит обработку поступающего напряжения и выдает информацию о частоте вращения ротора 1.Module 15 processes the incoming voltage and provides information about the rotational speed of the rotor 1.

Введение в устройство бесконтактного измерения крутящего момента, содержащее ротор с размещенными на нем тензомостом, преобразователем напряжения в частоту, выпрямителем-стабилизатором, вращающейся обмоткой трансформатора, вращающейся пластиной конденсатора емкостной связи и статора с неподвижной пластиной конденсатора емкостной связи, усилитель импульсов, через конденсатор емкостной связи подключенный к преобразователю напряжения в частоту, неподвижная обмотка трансформатора и электронного блока обработки информации с модулем измерения крутящего момента, преобразователь напряжения в частоту и усилитель импульсов электрически соединены между собой общей массой, модуля измерения частоты вращения, конденсатор емкостной связи выполнен переменной емкости, причем емкость конденсатора связи изменяется в зависимости от угла поворота ротора относительно статора несколько раз за один оборот ротора от минимального до максимального значения, а неподвижная пластина конденсатора связи через детектор подключена ко входу модуля измерения частоты вращения блока обработки информации, позволило расширить функциональные возможности устройства путем измерения частоты вращения.Introduction to the device of non-contact measurement of torque, containing a rotor with a strain bridge mounted on it, a voltage to frequency converter, a stabilizer rectifier, a rotating transformer winding, a rotating capacitor coupling capacitor plate and a stator with a fixed capacitor coupling capacitor plate, a pulse amplifier, through a capacitive coupling capacitor connected to a voltage-to-frequency converter, a fixed winding of a transformer and an electronic information processing unit with a module torque measurements, the voltage-to-frequency converter and the pulse amplifier are electrically connected to each other by a common mass, the rotation speed measuring module, the capacitive coupling capacitor is made of variable capacitance, and the coupling capacitor capacitance varies depending on the angle of rotation of the rotor relative to the stator several times in one revolution of the rotor from minimum to maximum values, and the fixed plate of the coupling capacitor through the detector is connected to the input of the module for measuring the speed of the processing unit Information technology, allowed to expand the functionality of the device by measuring the speed.

Claims

A non-contact torque measurement device containing a rotor with a strain bridge mounted on it, a voltage to frequency converter, a stabilizer rectifier, a rotary winding of a transformer, a rotating capacitor coupling capacitor plate and a stator with a fixed capacitor coupling capacitor plate, a pulse amplifier connected to the capacitor coupling voltage to frequency converter, fixed winding of the transformer and electronic information processing unit with measurement module torque, the voltage to frequency converter and the pulse amplifier are electrically connected to each other by a common mass, characterized in that the information processing unit is equipped with a speed measurement module, the capacitive coupling capacitor is made of variable capacitance, and the coupling capacitor capacitance varies depending on the angle of rotation of the rotor relative to the stator several times in one revolution of the rotor from the minimum to the maximum value, and the fixed plate of the coupling capacitor is connected to the input through the detector The module measurement information processing unit speed.