УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЕВОГО УСИЛИЯ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛАХ
DEVICE FOR END THRUST AND ROTATION SPEED MEASUREMENT IN ROTATING SHAFTS

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения осевых усилий валов различных силовых установок, используемых на морских судах, в металлургии и других областях техники.
Известно устройство под названием бесконтактный измеритель упора гребного винта, авторское свидетельство №421579, B63h 23/24 G01, бюллетень №12 от 30.03.74. авт. B.C.Михайлов, А.И.Солодовников, действие которого основано на использовании изменения магнитных свойств материала вала под влиянием упругих деформаций, в котором для увеличения выходного напряжения сердечники измерителя попарно расположены вдоль и поперек оси вала.
Однако такое устройство имеет низкую помехоустойчивость, обусловленную вредным влиянием магнитной неоднородности материала вала.
Целью изобретения является повышение помехоустойчивости.
Это достигается тем, что для уменьшения вредного влияния магнитной неоднородности материала вала предлагается использовать линейно-кольцевой магнитоупругий датчик осевого усилия. Линейно-кольцевой магнитоупругий датчик осевого усилия состоит из секций, симметрично расположенных по окружности вала. Каждая секция состоит из последовательно включенных трансформаторных магнитоупругих преобразователей приставного типа, расположенных вдоль линии вала и установленных с зазором по отношению к нему. При этом уровень помеховой составляющей уменьшается в  раз, где z количество трансформаторных магнитоупругих преобразователей.
Принцип действия магнитоупругих преобразователей описан в [1, 2].
Выражение для ЭДС трансформаторного магнитоупругого преобразователя имеет следующий вид [1].
где ω - угловая частота сети;
γ - электрическая проводимость материала вала;
у
х
µ, µ - значения магнитных проницаемостей материала вала вдоль действия главных нормальных напряжений;
- эквивалентное значение магнитной проницаемости;
1
1
α - угол между координатными осями Х, Y, связанными с магнитопроводом преобразователя, и главными осями анизотропии X,Y, совпадающими с направлением главных нормальных напряжений (см. фиг.1);
m
Ф - амплитудное значение магнитного потока, втекающего в контролируемый участок вала через полюса обмотки возбуждения.
Анализ этого выражения показывает, что приведенная зависимость изменяется по периодическому закону в функции угла и имеет
экстремальные значения при
где n=0, 1, 2, 3…
При α=45° ЭДС преобразователя имеет максимальное значение и равна:
Таким образом, для использования трансформаторного магнитоупругого преобразователя в качестве преобразователя осевого усилия его магнитопровод необходимо расположить с зазором относительно вала в соответствии с фиг.2.
На фиг.2 показаны проекции полюсов магнитопровода преобразователя на поверхность вала.
А, В - проекции полюсов обмотки возбуждения.
С, Д - проекции полюсов измерительной обмотки.
Измерительные обмотки трансформаторных магнитоупругих преобразователей включаются последовательно таким образом, чтобы выходной сигнал линейно-кольцевого магнитоупругого датчика осевых усилий был равен сумме выходных сигналов преобразователей [2].
На фиг.3 представлена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство для измерения осевого усилия во вращающихся валах содержит источник переменного напряжения 1 выход, которого подключен к линейно-кольцевому магнитоупругому датчику осевых усилий 2 и фазовращателю 3. К одному входу сумматора 4 подключен выход линейно-кольцевого магнитоупругого датчика осевых усилий 2, к другому выход фазовращателя 3. Таким образом, происходит компенсация нулевого сигнала. Выход сумматора 4 подключен через последовательно соединенные полосовой фильтр 5, выпрямитель 6 и фильтр нижних частот 7 к измерительному прибору 8.
Устройство работает следующим образом. Сигнал с линейно-кольцевого магнитоупругого датчика осевого усилия 2 поступает на схему компенсации нулевого сигнала, образованную фазовращателем 3 и сумматором 4, а с ее выхода - на полосовой фильтр 5. Полосовой фильтр 5 пропускает на выпрямитель 6 только спектральные составляющие полезного сигнала. Сигнал с выпрямителя 6 поступает на сглаживающий фильтр нижних частот 7. Выпрямленный и отфильтрованный полезный сигнал поступает в измерительный прибор 8.
Литература
1. Жадобин Н.Е. «Магнитоупругие датчики в судовой автоматике». Л.: Судостроение, 1985, 36 с.
2. Жадобин Н.Е., Крылов А.П., Малышев В.А. «Элементы и функциональные устройства судовой автоматики». СПб., 1998, 440 с.