УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАЖАТИЯ ЩЕТКИ НА КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
DEVICE TO MEASURE BRUSH PRESSURE AT COLLECTOR OF ELECTRIC MACHINES

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения давления щетки на коллектор электрических машин, и может быть использовано в ремонтном хозяйстве электротехнической, железнодорожной и других отраслях.
Устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин содержит регистрирующий прибор, датчик силы в виде упругого чувствительного и компенсационного элементов с обмотками возбуждения и измерительными обмотками, расположенными в корпусе, чувствительный элемент датчика силы через металлический шар и защитное устройство связан со щеткой, расположенной в щеткодержателе, генератор синусоидального напряжения с контурным конденсатором, соединенный с выходной обмоткой и измерительной, соединены с регистрирующим прибором (а.с. СССР №919004, МКИ: H01R 39/58, БИ №14 от 1992 г. Устройство для измерения давления щетки на коллектор электрических машин, авт. А.Е.Дубинин, А.В.Потапов и В.Г.Толкачев).
Недостатком данного устройства является ограниченные функциональные возможности и ненадежность работы устройства, вследствие низкого качества изолирования измерительного прибора от датчика силы.
Известно устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин, содержащее регистрирующий прибор, датчик силы в виде упругого чувствительного и компенсационного элементов с обмотками возбуждения и измерительными обмотками расположенными в корпусе, чувствительный элемент датчика силы через металлический шар и защитное устройство связан со щеткой, расположенной в щеткодержателе, генератор синусоидального напряжения с контурным конденсатором, второй генератор синусоидального напряжения с контурным конденсатором, смеситель, преобразователь, приемная и передающая магнитные антенны с обмотками, установленные вне корпуса датчика силы, при этом обмотка передающей магнитной антенны соединена через смеситель с измерительными обмотками чувствительного и компенсационного элементов датчика, обмотки возбуждения которых соединены с контурными конденсаторами первого и второго генераторов синусоидального напряжения которые выполнены в виде блока питания, расположенного в корпусе датчика силы, а обмотка приемной магнитной антенны через преобразователь соединена с регистрирующим прибором (а.с. СССР №1192007, МКИ: H01R 39/58, БИ №42 от 1985 г. Устройство для измерения нажатия щетки на коллектор электрических машин, авт. А.Е.Дубинин и В.И.Бережной).
Недостатком данного устройства является низкий частотный и амплитудный диапазон измерений.
Техническим результатом является расширение амплитудных и частотных диапазонов измерений, за счет повышения чувствительности, точности измерений и увеличения дальности передачи сигнала на расстоянии.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин, содержащем регистрирующий прибор, датчик силы в виде двух упругих магнитных элементов с обмотками возбуждения и измерительными, расположенный в корпусе первый упругий магнитный элемент через металлический шар и защитное устройство связан со щеткой, расположенной в щеткодержателе, выполненные в виде блока питания два генератора синусоидального напряжения, в колебательные контуры которых включены совместно с контурными конденсаторами обмотки возбуждения первого и второго упругих магнитных элементов, передающая и принимающая магнитные антенны с обмотками, установленные вне корпуса датчика силы, смеситель, при этом обмотка передающей магнитной антенны соединена с выходом смесителя, а обмотка приемной магнитной антенны через преобразователь соединена с регистрирующим прибором, дополнительно введены кольцевая направляющая и два металлических шара, а первый управляемый магнитный элемент выполнен меньших размеров и расположен внутри второго управляемого магнитного элемента во взаимно перпендикулярной плоскости и связан с ним через кольцевую направляющую и два металлических шара, установленных по обе стороны первого управляемого магнитного элемента в той же плоскости, при этом измерительные обмотки первого и второго упругих магнитных элементов соответственно соединены с первым и вторым входами смесителя, а защитное устройство выполнено в виде плоской пружины.
Совокупность предложенных признаков для достижения поставленной цели в устройствах подобного типа ранее нигде не использовалось.
На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для измерения нажатия щетки на коллектор электрических машин.
Устройство для измерения нажатий щетки на коллектор электрических машин состоит из корпуса 1, щетки 2, щеткодержателя 3, первого упругого магнитного элемента 4, обмотки возбуждения 5 первого упругого магнитного элемента, измерительной обмотки 6 первого упругого магнитного элемента, второго управляемого магнитного элемента 7, обмоток возбуждения 8 второго управляемого магнитного элемента, измерительной обмотки 9 второго управляемого магнитного элемента, защитного устройства 10, металлического шара 11, нажимного пальца 12, коллектора 13 электрической машины, кольцевой направляющей 14, двух металлических шаров 15, пазов 16, винтов 17, контурных конденсаторов 18, 19, смесителя 20, передающей магнитной антенны 21, обмотки 22, приемной магнитной антенны 23, обмотка 24 приемной магнитной антенны, усилителя разностной частоты 25, амплитудного ограничителя 26, частотного дискриминатора 27, гетеродина 28, регистрирующего прибора 29, генераторов синусоидального напряжения 31, 32, источника постоянного напряжения 33, блока питания 34.
Устройство работает следующим образом.
Перед измерением схема устройства приводится в исходное состояние, для чего путем настройки схем генераторов 31 и 32 синусоидального напряжения в отсутствии усилия нажатия пальца 12 на корпус 1 и первый упругий магнитный элемент 4 устанавливается разность частот между ними, соответствующая частотам передающей 21 и приемной 23 магнитных антенн. При этом переменные напряжения генераторов 31 и 32, в колебательные контуры которых включены конденсаторы 18 и 19 и обмотки возбуждения 5 и 8 изменяются (трансформируются) в измерительные обмотки 6 и 9 упругих магнитных элементов 4 и 7. Эти напряжения подаются на входы смесителя 20, где выделяется напряжение разностной частоты генераторов 31 и 32, которая подается на обмотку 22 передающей магнитной антенны 21. Излучаемая передающей магнитной антенной 21 электромагнитная волна распространяется на определенное расстояние и принимается приемной магнитной антенной 23. Наведенная в обмотке 24 антенны 23 ЭДС разностной частоты генераторов 31 и 32 поступает на вход усилителя разностной частоты 25 преобразователя 30. Усиленное напряжение с усилителя 25 подается на вход амплитудного ограничителя 26. Ограниченное по амплитуде напряжение с выхода ограничителя 26 подается на первый вход частотного дискриминатора 27, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 28, равное по частоте разности частот генераторов 31 и 32. В этом случае на выходе частотного дискриминатора 27 сигнал будет равен нулю и на регистрирующий прибор 29 не подается. С помощью подстройки гетеродина 28 устанавливается нуль регистрирующего прибора 29 при отсутствии давления щетки 2 на коллектор 13. При опущенном нажимном пальце 12 щеткодержателя 3 и вращении коллектора 13 создаются динамические давления на корпус 1, первый 4 и второй 7 упругие магнитные элементы, которые через металлический шар 11, защитное устройство 10, соединенное с корпусом 1 винтами 17 при помощи пазов 16, и щетку 2 передаются в коллектор 13 электрической машины. Под действием давления в первом упругом магнитном элементе возникают механические напряжения сжатия, а во втором - растяжения во взаимно перпендикулярной плоскости через кольцевую направляющую 14 и два металлических шара 15, которые приводят к изменению их магнитной проницаемости (под действием сжатия в элементе 4 происходит уменьшение сигнала, а при растяжении в элементе 7 - увеличение сигнала, а их разность увеличивается, увеличивая тем самым сигнал). В результате этого изменяется индуктивность обмоток 5 и 8, колебательных контуров генераторов 31, 32, которые изменяют частоту своих колебаний. На выходе измерительных обмоток 6 и 9 упругих магнитных элементов 4, 7 появляются измененные по частоте сигналы, пропорциональные усилию нажатия щетки 2 на коллектор 13 электрической машины, которые подаются на первый и второй входы смесителя 20 одновременно с неизменными по частоте сигналами генераторов 31, 32 с измерительных обмоток 6 и 9 элементов 4 и 7. На выходе смесителя 20 образуется сигнал измененной разности частоты генераторов 31 и 32, который подается в обмотку 22 передающей магнитной антенны 21. Приемная магнитная антенна 23 принимает этот сигнал, который усиливается усилителем 25, ограничивается амплитудным ограничителем 26 и подается на первый вход частотного дискриминатора 27. На выходе дискриминатора 27 появляется сигнал, пропорциональный изменению разностной частоты генераторов 31 и 32, который и подается на регистрирующий прибор 29, фиксируя величину нажатия щетки 2 на коллектор 13 электрической машины.
Использование в устройстве расположенных в корпусе 1 двух генераторов 31 и 32 синусоидального напряжения, в колебательные контуры которых включены обмотки возбуждения 5 и 8 упругих магнитных элементов 4 и 7 с измерительными обмотками 6 и 9, соединенными со смесителем 20, позволяет скомпенсировать действием на схему дестабилизирующих факторов (температурных, электромагнитных полей, изменений параметров блока питания). Элемент 10 предохраняет упругие магнитные элементы 4 и 7 от резких ударов нажимного пальца 12.
Расположение первого упругого магнитного элемента внутри второго позволило увеличить амплитудные и частотные диапазоны измерений, повысить чувствительность и точность измерений не менее чем в 2 раза.
Предлагаемая конструкция устройства позволила увеличить дальность передачи сигнала на расстоянии, а введение защитного устройства, выполненного в виде плоской пружины, позволило уменьшить габариты устройства.