專利名稱：剖分組裝磁電/光電數(shù)字式軸系轉(zhuǎn)矩、扭振綜合測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于動(dòng)力工程暨輪機(jī)工程測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及固定式動(dòng)力裝置軸系轉(zhuǎn)矩、扭振的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外實(shí)用的用于船舶推進(jìn)軸系等固定式動(dòng)力裝置軸系轉(zhuǎn)矩測(cè)量的儀器是振弦式扭矩儀，也叫“馬哈克(Maihak)扭矩儀”。它是采用兩半圓卡環(huán)組裝結(jié)構(gòu)合抱固定在軸上，在軸上的相距一定距離的兩截面分別固定了兩組這種機(jī)構(gòu)，兩組卡環(huán)分別向?qū)Ψ椒较蛏斐鲆粦冶郏趦蓱冶凵洗怪庇谳S線并離軸線一定距離固定一振弦式傳感器。它的工作原理如下轉(zhuǎn)軸受扭矩后，將引起軸上兩卡環(huán)所在截面間產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)扭轉(zhuǎn)角位移，此扭轉(zhuǎn)角位移通過卡環(huán)懸臂轉(zhuǎn)變?yōu)檎裣沂絺鞲衅鞯恼裣业木€伸長(zhǎng)，從而改變振弦的振動(dòng)頻率，再將此弦振頻率通過振弦式傳感器的磁鋼-線圈轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過滑環(huán)-電刷將此電信號(hào)引出至接收儀進(jìn)行處理、計(jì)算，得出所測(cè)扭矩值。
扭矩儀的類型還有電阻應(yīng)變式、壓磁式、磁電式等傳感器方式的。
電阻應(yīng)變式扭矩儀是將應(yīng)變式變換器——應(yīng)變片粘貼在轉(zhuǎn)軸上構(gòu)成轉(zhuǎn)矩傳感器，將轉(zhuǎn)軸的扭矩引起的軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)變片的電阻的變化，電阻變化信號(hào)通過特殊的引出機(jī)構(gòu)引至轉(zhuǎn)軸外的相應(yīng)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行處理、計(jì)算，得出所測(cè)扭矩值。
壓磁式扭矩儀是利用壓磁效應(yīng)，即轉(zhuǎn)軸扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力會(huì)引起鐵磁體轉(zhuǎn)軸的磁導(dǎo)率產(chǎn)生相應(yīng)變化，通過特殊的測(cè)量機(jī)構(gòu)將此信號(hào)測(cè)出，再經(jīng)處理、計(jì)算，得出所測(cè)扭矩值。
磁電式扭矩儀是在轉(zhuǎn)矩輸出軸上沿軸線相距一定距離處安裝相同的兩齒輪，與齒頂相隔一定間隙處分別安裝一不動(dòng)的磁鋼-線圈組與齒輪構(gòu)成兩組磁電傳感器，軸旋轉(zhuǎn)時(shí)齒頂與齒槽交替改變與磁鋼間間隙，從而使磁路磁阻產(chǎn)生交變，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)。當(dāng)軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，兩傳感器齒輪則產(chǎn)生相應(yīng)的相對(duì)角位移，磁鋼-線圈中輸出的兩組感應(yīng)電信號(hào)則產(chǎn)生與此相對(duì)角位移對(duì)應(yīng)的附加相位差，將兩組電信號(hào)處理、計(jì)算，則可得出所測(cè)扭矩值。
電阻應(yīng)變式扭矩儀在應(yīng)用時(shí)須要高超的應(yīng)變片粘貼技術(shù)和絕緣技術(shù)，其轉(zhuǎn)軸上傳感器電源的引入及信號(hào)的引出須通過一套復(fù)雜的對(duì)測(cè)量精度有較大影響的機(jī)構(gòu)，因此其使用不方便，測(cè)量精度不高。
壓磁式扭矩儀的測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)軸彎曲應(yīng)力、機(jī)械振動(dòng)等對(duì)信號(hào)幅度影響較大，因此其測(cè)量精度不高。
磁電式扭矩儀的磁鋼-線圈固定不動(dòng)，信號(hào)引出方便。其所測(cè)信號(hào)是相位差信號(hào)，測(cè)量精度不受信號(hào)幅度變化的影響，不過卻要受扭振影響。另外，現(xiàn)有的磁電式扭矩儀是總成結(jié)構(gòu)方式，測(cè)量時(shí)必須將被測(cè)軸系斷開，將傳感器總成串聯(lián)安裝在軸系中，這對(duì)船舶推進(jìn)軸系等固定式動(dòng)力裝置軸系測(cè)量是不允許的。
上述幾種扭矩儀由于所述其存在的不足，因此在船舶推進(jìn)軸系等固定式動(dòng)力裝置軸系轉(zhuǎn)矩測(cè)量中未能實(shí)際應(yīng)用。
振弦式扭矩儀是現(xiàn)國(guó)內(nèi)外實(shí)用的測(cè)量船舶推進(jìn)軸系等固定式動(dòng)力裝置軸系轉(zhuǎn)矩的儀器，由于其數(shù)據(jù)處理時(shí)只取信號(hào)的頻率部分，因此信號(hào)傳輸過程中受干擾引起的幅值變化對(duì)測(cè)量精度沒有影響；由于其采用兩半圓卡環(huán)組裝結(jié)構(gòu)合抱固定在軸上，因此不必將被測(cè)軸系斷開即可將傳感器安裝在軸系上。但是，軸系的各種方式(縱、橫、扭等)振動(dòng)均對(duì)測(cè)量有較大的影響，因此其測(cè)量精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種信號(hào)引出方便，測(cè)量精度不受信號(hào)幅度變化和扭振的影響，不將船舶推進(jìn)軸系等固定式動(dòng)力裝置軸系的傳動(dòng)軸系斷開以安裝傳感器，將傳感器來的信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算后能同時(shí)得到轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、扭振頻率、扭振角位移振幅等測(cè)量結(jié)果的軸系轉(zhuǎn)矩、扭振綜合測(cè)量裝置。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型由信號(hào)處理儀和傳感器組成。傳感器可為磁電式傳感器或光電式傳感器。
磁電式傳感器由卡環(huán)組、傳感齒輪、磁鋼-線圈組、連接螺栓、扭矩傳遞軸等組成。
卡環(huán)組剖分為兩半圓的卡環(huán)及卡環(huán)座，用螺栓將兩半卡環(huán)座聯(lián)為一整體并將兩半卡環(huán)緊壓在軸的一個(gè)截面上。
傳感齒輪剖分為兩半圓的齒輪，用螺栓將兩半齒輪聯(lián)為一整體，再將其用螺栓固緊在卡環(huán)座上。
磁鋼-線圈組安裝固定在與齒頂相隔一定間隙處，相對(duì)船體或軸承座不動(dòng)。
本實(shí)用新型共有兩套卡環(huán)組、傳感齒輪和磁鋼-線圈組分別位于扭矩傳遞軸的兩個(gè)截面對(duì)應(yīng)處。
扭矩傳遞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)卡環(huán)組與傳感齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，齒頂與齒槽交替改變與磁鋼間間隙，從而使磁路磁阻產(chǎn)生交變，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)。當(dāng)軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，兩傳感器齒輪則產(chǎn)生相應(yīng)的相對(duì)角位移，磁鋼-線圈中輸出的兩組感應(yīng)電信號(hào)則產(chǎn)生與此相對(duì)角位移對(duì)應(yīng)的附加相位差，將兩組電信號(hào)處理、計(jì)算，則可得出所測(cè)扭矩值，同時(shí)可處理、計(jì)算得出扭振值。
若采用光電式傳感器結(jié)構(gòu)，則在齒槽兩旁安裝一對(duì)不動(dòng)的發(fā)光管-光電管取代磁鋼-線圈組并與齒輪構(gòu)成光電傳感器，所輸出的是光電信號(hào)而不是磁電感應(yīng)信號(hào)。
本實(shí)用新型的信號(hào)處理裝置儀將傳感器來的信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算并顯示測(cè)量結(jié)果。無論是磁電式還是光電式，信號(hào)處理儀均可得出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率、扭振頻率、扭振角位移振幅等測(cè)量結(jié)果。
由于本實(shí)用新型采用了剖分組裝傳感器的結(jié)構(gòu)，具有信號(hào)引出方便、測(cè)量信號(hào)是相位差信號(hào)、測(cè)量精度不受信號(hào)幅度變化的影響、無須傳感器電源、可以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)矩和扭振等優(yōu)點(diǎn)。
與電阻應(yīng)變式扭矩儀相比，本實(shí)用新型在應(yīng)用時(shí)對(duì)使用者技術(shù)要求不高、傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信號(hào)引出方便、干擾因素引起信號(hào)幅度的變化對(duì)測(cè)量精度不產(chǎn)生影響。
與壓磁式扭矩儀相比，本實(shí)用新型的測(cè)量精度不受干擾因素引起信號(hào)幅度變化的影響。
與磁電式扭矩儀相比，現(xiàn)有的磁電式扭矩儀是總成結(jié)構(gòu)方式，測(cè)量時(shí)必須將被測(cè)軸系斷開，將傳感器總成串聯(lián)安裝在軸系中，這對(duì)船舶推進(jìn)軸系等固定式動(dòng)力裝置軸系測(cè)量是不允許的；而本實(shí)用新型是剖分組裝結(jié)構(gòu)方式，適用于船舶推進(jìn)軸系等固定式動(dòng)力裝置軸系測(cè)量。
與振弦式扭矩儀相比，本實(shí)用新型的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信號(hào)引出方便，軸系扭振對(duì)測(cè)量的影響容易通過數(shù)據(jù)處理消除。
另外，上述各種扭矩儀僅用于測(cè)量轉(zhuǎn)矩，而本實(shí)用新型可以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)矩和扭振。


圖1為本實(shí)用新型磁電式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-卡環(huán)；2-卡環(huán)座；3-傳感齒輪；4、6、7-連接螺栓；5-扭矩傳遞軸；8-磁鋼-線圈組具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型由信號(hào)處理儀和傳感器組成，傳感器為磁電式傳感器。
磁電式傳感器由卡環(huán)組、傳感齒輪3、磁鋼-線圈組8、螺栓4、螺栓6、螺栓7、扭矩傳遞軸5等組成。
卡環(huán)組剖分為兩半圓的卡環(huán)1及卡環(huán)座2，用螺栓7將兩半卡環(huán)座2聯(lián)為一整體并將兩半卡環(huán)1緊壓在扭矩傳遞軸5的一個(gè)截面上。
傳感齒輪3剖分為兩半圓的齒輪，用螺栓7將兩半齒輪聯(lián)為一整體，再將其用螺栓4固緊在卡環(huán)座上2。
磁鋼-線圈組8-安裝固定在與齒頂相隔一定間隙處，相對(duì)船體或軸承座不動(dòng)。
本實(shí)用新型共有兩套卡環(huán)組、傳感齒輪3和磁鋼-線圈組8分別位于扭矩傳遞軸5的兩個(gè)截面對(duì)應(yīng)處。
權(quán)利要求1.一種剖分組裝磁電/光電數(shù)字式軸系轉(zhuǎn)矩、扭振綜合測(cè)量裝置，包括信號(hào)處理儀和傳感器；其特征在于磁電式傳感器由卡環(huán)組、傳感齒輪(3)、磁鋼-線圈組(8)、螺栓(4)、螺栓(6)、螺栓(7)、扭矩傳遞軸(5)組成；A、卡環(huán)組剖分為兩半圓的卡環(huán)(1)及卡環(huán)座(2)，用螺栓(7)將兩半卡環(huán)座(2)聯(lián)為一整體并將兩半卡環(huán)(1)緊壓在扭矩傳遞軸(5)的一個(gè)截面上；B、傳感齒輪(3)剖分為兩半圓的齒輪，用螺栓(7)將兩半齒輪聯(lián)為一整體，再將其用螺栓(4)固緊在卡環(huán)座上(2)；C、磁鋼-線圈組(8)—安裝固定在與齒頂相隔一定間隙處，相對(duì)船體或軸承座不動(dòng)；共有兩套卡環(huán)組、傳感齒輪(3)和磁鋼-線圈組(8)分別位于扭矩傳遞軸(5)的兩個(gè)截面對(duì)應(yīng)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的剖分組裝磁電/光電數(shù)字式軸系轉(zhuǎn)矩、扭振綜合測(cè)量裝置，其特征在于在傳感齒輪(3)齒槽兩旁安裝一對(duì)不動(dòng)的發(fā)光管-光電管取代磁鋼-線圈組(8)，與傳感齒輪(3)構(gòu)成光電式傳感器。
專利摘要剖分組裝磁電/光電數(shù)字式軸系轉(zhuǎn)矩、扭振綜合測(cè)量裝置，由信號(hào)處理儀和傳感器組成，傳感器可為磁電式傳感器或光電式傳感器。磁電式傳感器由剖分式卡環(huán)組、剖分式傳感齒輪、磁鋼－線圈組、連接螺栓、扭矩傳遞軸等組成；光電式傳感器在傳感齒輪齒槽兩旁安裝一對(duì)不動(dòng)的發(fā)光管－光電管取代磁鋼－線圈組。將傳感器來的信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算后能同時(shí)得到轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、扭振頻率、扭振角位移振幅等測(cè)量結(jié)果。具有信號(hào)引出方便、測(cè)量信號(hào)是相位差信號(hào)、測(cè)量精度不受信號(hào)幅度變化的影響、無須傳感器電源、可以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)矩和扭振等優(yōu)點(diǎn)，適用于軸系特別是船舶推進(jìn)軸系等固定式動(dòng)力裝置軸系轉(zhuǎn)矩、扭振綜合測(cè)量。
文檔編號(hào)G01D21/02GK2570740SQ02279350
公開日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2002年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者張敬國(guó), 吳啟代 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)