SE462873B - Anordning foer beroeringsfri indirekt elektrisk maetning av vridmomentet i en axel - Google Patents

Description

å4e2 873 ' 2 En principiellt liknande anordning som uppfinningen är känd genom DE-A-2 316 344, vid vilken ett skikt av icke-magne- tiskt material är anbragt på en mjukmagnetisk axel, varefter på detta skikt i sin tur är anbragt ett skikt med goda magneto- striktiva egenskaper. Det icke-magnetiska skiktet fyller därvid syftet att isolera axeln magnetiskt från det yttre skiktet ge- nom vilket hela magnetflödet skall ledas, vilket alstras av en växelströmsmatad magnetiseringsspole, varvid man detekterar en magnetflödesändring genom en detektorspole enligt transforma- torprincipen. Ehuru det här föreligger en isolering mellan det pålagda mätskiktet och axeln, medför den instabila grundmagne- tiseringen hos axeln vid dynamisk belastning fortfarande upp- komsten av felaktigheter hos mätresultaten då magnetfältet hos den magnetiserade axeln också sprider sig in i mätskiktet.

Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma en sådan utformning av en anordning av det inledningsvis- kända slaget, att man också vid permanent drift under höga mekaniska växelbelastningar och under fysikaliskt och kemiskt svåra mil- jöbetingelser skall tillförlitligt och långtidsstabilt erhålla felfria mätsignaler.

Detta uppnås nu enligt uppfinningen i huvudsak genom att det andra skiktet är anordnat på ett direkt på axeln an- bragt högpermeabelt och icke magnetostriktivt samt amorft tred- je skikt, att den likaså i den magnetiska kretsen liggande kär- nan till givaren består av icke-magnetostriktiv amorf metall och att det av magnetfältsalstraren alstrade magnetfältet är ett stationärt fält, som överlagras det av den magnetiserade spolen alstrade växelfältet, varvid en ändring av magnetflödet åstadkommer en ändring av den dynamiska permeabiliteten u(H) = = dB/dH hos kärnan över den icke-linjära funktionen B = f(H) för magnetiseringskurvan och till följd av induktiviteten i spolen, samt omvandlas till en torsionsanalog elektrisk signal i utvärderingskretsen.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig 1 är en schematisk vy av uppbyggnaden av anordningen, fig 2 är en schematisk vy av en . 462.875 annan uppbyggnad av anordningen och fig 3 är en sidovy tagen längs linjen III-III i fig 2.

Funktionsprincipen hos anordningen grundar sig på den kända Matteucci-effekten. Om man torderar en i ett magnetiskt längsriktat fält befintlig mjukmagnetisk stav så ändrar sig dess magnetísering. Med hänvisning till fig 1 innefattar anord- ningen dels ett givarsystem 1 och dels på den mjukmagnetiska axeln 2, nämligen nñtobjektet, anordnade skikt 2.1, 2.2 och 2.3.

Givarsystemet 1 består speciellt av en U-formig och i axelns 2 längdriktning gående magnetfältsalstrare 1.1, bildad av ett U-formígt mjukmagnetiskt ok 1.1.1 med vid dess mot axeln vända skänkeländar anordnade permanentmagneter 1.1.2 och 1.1.3 samt en givare 1.2, som uppvisar en inuti oket 1.1.1 liggande U-formig kärna 1.2.1 av en icke magnetostriktiv amorf metall, vars skänkeländar likaså ligger vända mot axeln och vars liv uppbär en spole 1.2.2 med elektriska anslutningar 1.2.3, som är förbundna med en utvärderingskrets 3. Såväl permanentmagneterna som skänkeländarna av kärnan är anordnade på litet avstånd från axeln. Axeln 2 uppbär i funktionsområdet för givarsystemet 1, som alltså sträcker sig i axelns längdriktning utåt förbi per- manentmagneterna, påförda skikt, varvid direkt på axeln 2 är fast anordnat ett högpermeabelt, icke magnetostriktivt, amorft tredje skikt 2.3, på vilket i sin tur är fast anordnat ett kraftigt icke-magnetiskt andra skikt 2.2 och på detta sedan ett kraftigt mjuktmagnetiskt, magnetostriktivt och amorft första skikt 2.1. Givetvis omger dessa skikt axeln runt hela dennas omkrets.

Det tredje skiktet 2.3 tjänar syftet att kortsluta grundmagnetismen i axeln 2 inom funktionsområdet för givarsys- temen så att det av grundmagnetismen resulterande magnetflödet QK kan sträcka sig endast inuti axeln och det tredje skiktet 2.3.

Det andra skiktet 2.2 tjänar till magnetisk frånkopp- ling av det tredje skiktet 2.3 från det första skiktet 2.1, me- (462 873 ' 4 dan det första skiktet 2.1 utgör det egentliga mätskiktet.

Såsom framgår av fig 1 alstras av magnetfältsalstraren 1.1 skiktet 2.1 axelns längdriktning. Om nu axeln 2 - och med denna även skik- ett stationärt magnetiskt fält som införs i. det första (flöde ø) så att det magnetiska kretsloppet sluts i ten - vrids eller torderas ändras i skiktet 2.1 dettas magneti- vilket medför en ändring av magnetflödet Q. 1.2.1 kretsloppet medför en ändring av magnetflödet Q också en änd- seringstillstånd, Då. givarens 1.2 kärna likaså ligger i. det magnetiska ring av magnetflödet øs i givarens kärna, nämligen i följande avseende: Spolen 1.2.2 till givaren matas från en spännings- källa 3.1 till utvärderingskretsen 3 med en konstant frekvens, exempelvis från en oscillator med 100 kHz, varigenom i givaren alstras ett bestämt växelströmfält och givarens kärna inregle- ras till mättning. Detta växelfält överlagras en del av det så att en ändring magnetflödet ø - nämligen med stationära fältet hos magnetfältsalstraren, av det av det stationära fältet resulterande också framkallar en ändring av magnetflödet øs avseende på den stationära magnetfältsandelen - i kärnan. Denna ändring av magnetflödet øs åstadkommer i kärnan 1.1.1 via den f(H) ändring av dennas dynamiska permeabilitet u(H) = dB/dH och till icke-linjära funktionen B = för magnetiseringskurvan en följd härav en ändring av induktansen L i spolen 1.2.2, vilket i ett signalbehandlingssteg 3.2 hos utvärderingskretsen 3, ex- empelvis en enkel oscillatorförsedd elektronikkrets, bearbetas på sådant sätt att man uppnår ett diagram över den elektriska spänningen eller frekvensen som funktion av torsionen. är 1.2 diametralt belägen givare 1.2' Till skillnad från utföringsexemplet enligt fig 1 vid utföringsexemplet enligt fig 2 och 3 utöver givaren också anordnad en ytterligare, på axeln 2, varvid bägge givarna via sina anslutningar är för- bundna med utvärderingskretsen 3. I denna sistnämnda adderas då de av givaren alstrade signalerna elektroniskt. Genom dessa åt- gärder kan man eliminera svängningarna hos axeln i vertikal riktning och härav resulterande magnetflödesändringar medan den nyttiga signalen fördubblas. g 462 373 Då såsom särskilt framgår av fig 3 givarna är belägna diametralt mittemot varandra och anordnade i vertikal led in- verkar icke små svängningar av axeln i horisontell riktning på de av givarna alstrade signalerna då luftspalten mellan givarna och axeln förblir tillnärmelsevis konstant. Om givarna är upp- burna av en i vertikal riktning förskjutbar hållare 4 så är det beträffande de av givarna alstrade signalerna möjligt att ut- föra en nollutjämning.

Beträffande utformningen av givarna 1.2 och 1.2' skall påpekas att dessas knappast temperaturberoende induktiva mot- stånd kan väljas en multipel större än deras temperaturberoende ohmska motstånd, varvid för givarspolen företrädesvis används en koppartråd med en låg termisk motståndskoefficient, exempel- vis Thermosyn, varigenom eventuella temperaturberoende varia- tioner kan hållas mycket små.

Skikten 2.1 till 2.3 kan i det enklaste fallet med tre tunna folier med en tjocklek av ungefär 20-50 um förbindas med axeln och med varandra medelst limningsförfaranden eller genom explosionssvetsning. Det är emellertid också möjligt att me- delst olika kemiska eller fysikaliska förfaranden såsom påång- ning, påskjutning etc. eller elektrolytiska utfällningar eller kemiska avskiljningsreaktioner eller en kombination av kemiska beskicktpåföringsförfaranden och fysikaliska förfaranden åstad- komma den nämnda raden av skikt med deras specifika fysikaliska egenskaper.

Särskilt fördelaktigt visar sig vara ett kemiskt av- skiljningsförfarande ur nickel med. en bestämd andel fosfor, varvid genom reglering av fosforhalten skikt kan framställas som till sina magnetiska egenskaper ligger mellan kraftigt mjukmagnetiska och ända till kraftigt icke-magnetiska. Med det- ta förfarande blir det då möjligt att genom ändring av några få parametrar vid den kemiska avskiljningen anbringa alla tre skikten på axeln efter varandra. Genom den molekylära bindning- en mellan de enskilda skikten behöver icke förväntas någon änd- ring av de mekaniska och magnetiska egenskaperna vid stor dyna- misk belastning under mycket lång tid och man uppnår en hög

Claims (4)

i4e2 375 ' 6 vidhäftning av skikten vid axeln och sinsemellan. Dessutom har dessa skikt på grund av sin ytstruktur ingen benägenhet för korrosion, varför också av denna anledning de magnetiska och mekaniska egenskaperna hos dessa skikt blir mycket långtids- stabila. Medelst uppfinningen har alltså åstadkommits en anord- ning som uppvisar en enkel, robust mekanisk uppbyggnad, och som också vid långvarig drift under hög mekanisk växelbelastning och under fysikaliskt och kemiskt svåra miljöbetingelser funge- rar tillförlitligt och stabilt under lång tid och som till slut gör det möjligt att vidarebearbeta den av givarna alstrade sig- nalen i en enkel billig elektronisk signalbearbetningskrets. P a t e n t k r a v

1. Anordning för beröringsfri indirekt elektrisk mätning av vridmomentet i en axel och innefattande dels ett på kort av- stånd från axeln beläget givarsystem, som består av enïkformig magnetfältsalstrare och minst en givare, vilken uppvisar en kärna och en spole med elektriska anslutningar, samt en utvär- deringskrets, i vilken givaren är integrerad via anslutningar- na, och dels vid stället för givarsystemet på axeln anbragta skikt, varvid det av magnetfältsalstraren alstrade magnetiska längsriktade fältet för slutande av det elektriska kretsloppet är avsett att ledas i axelns längdriktning genom ett kraftigt mjukmagnetiskt, magnetostriktivt och amorft första skikt, vil- ket är anbragt på ett underliggande kraftigt icke-magnetiskt andra skikt, varjämte givaren är anordnad vid stället för det genom det första skiktet ledda längsriktade fältet och vid tor- dering av axeln detekterar en magnetiseringsändring i det förs- ta skiktet i form av en ändring av magnetflödet i sin kärna, k ä n n e t e c k n a d a v att det andra skiktet (2,2) är anordnat på ett direkt på axeln (2) anbragt högpermeabelt och § 462 373 icke magnetostriktivt samt amorft tredje skikt (2.3), att den likaså i den magnetiska kretsen liggande kärnan (1.2.1) till givaren (1,2) består av icke-magnetostriktiv amorf metall och att det av magnetfältsalstraren (1.1) alstrade magnetfältet är ett stationärt fält, som överlagras det av den magnetiserade spolen (1.2.2) alstrade växelfältet, varvid en ändring av mag- netflödet (øs) åstadkommer en ändring av den dynamiska permea- biliteten u(H) = dB/dH hos kärnan (1.2.1) över den icke-linjära funktionen B = f(H) för magnetiseringskurvan och till följd av induktansen (L) i spolen (1.2.2), som omvandlas till en tor- sionsanalog elektrisk signal i utvärderingskretsen (3,3.2).

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att på axeln (2) är anordnad en ytterligare givare (1.2'), vilken i vertikal riktning ligger diametralt mittemot givaren (1,2) och vilken via sina anslutningar likaså är inte- grerad i utvärderingskretsen (3).

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a d a v att de bägge givarna (1.2, 1.2') är uppburna av en i vertikal riktning förskjutbar hållare (4).

4. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att de tre skikten (2,1-2.3) är påförda på axeln medelst ett kemiskt avskiljningsförfarande av nickel och en an- del av en nætalloid - såsom fosfor - eller flera andelar av olika metalloider, varvid under avskiljníngsförfarandet fosfor- andelen eller andelarna av de andra metalloiderna är varierade från skikt till skikt.