DE1258139B

DE1258139B - Method and device for measuring a torque

Info

Publication number: DE1258139B
Application number: DEA50577A
Authority: DE
Inventors: Francis Edward Scoppe
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1965-01-27
Filing date: 1965-10-22
Publication date: 1968-01-04

Description

Verfahren und Gerät zum Messen eines Drehmomentes Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Messen eines einer umlaufenden, mit einer magnetischen Hülse versehenen Welle mitgeteilten Drehmomentes.Method and apparatus for measuring a torque The invention relates to a method and a device for measuring one of a rotating with a magnetic Sleeve provided shaft communicated torque.

Vorrichtungen zum Messen von Drehmomenten in umlaufenden Wellen, die mit zwei oder mehr Magnetkernen umgeben sind, sind bekannt. Ein Gerät, bei dem die beiden Magnetkerne in zur Wellenachse senkrechten Ebenen nebeneinander in der Richtung der Wellenachse liegen und um einen halben Polschritt in der azimutalen Richtung der Welle gegenseitig versetzt sind, eignet sich zum Messen von Torsionsbeanspruchung in Stahlwellen, die beispielsweise zum Antrieb von Schiffsschrauben verwendet werden. Devices for measuring torques in rotating shafts, which are surrounded by two or more magnetic cores are known. A device where the two magnetic cores side by side in planes perpendicular to the shaft axis In the direction of the shaft axis and by half a pole step in the azimuthal one Are mutually offset in the direction of the shaft, is suitable for measuring torsional stress in steel shafts that are used, for example, to drive ship propellers.

Einer der Kerne ist mit einer Erreger- oder Primärwicklung versehen, die mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Der andere Kern oder die Kerne sind mit Meß- oder Sekundärwicklungen versehen, die mit einem elektrischen Meßgerät verbunden sind. Die Sekundärwicklung ist in bezug auf die Primärwicklung in einem Winkel von 450 angeordnet, so daß dann, wenn die Magnetwelle nicht geladen ist, die Magnetfelder zwischen den verschiedenen Polen symmetrisch sind, derart, daß Nulläquipotentiallinien symmetrisch unter dem Sekundärpol liegen. Wenn jedoch der Welle ein Drehmoment mitgeteilt wird, steigt die Permeabilität der Welle in Richtung des Zuges, während sie in Richtung der Kompression sinkt. Die dabei auftretenden Kraftströme tragen dazu bei, eine Ausgangsspannung in die Sekundärwicklung zu induzieren. Ein Messen mit diesem Gerät ist dort möglich, wo die magnetischen Eigenschaften der Welle ausreichend sind, um eine genügende Permeabilitätsanzeige hervorzuruf en. Bei anderen schnelllaufenden Wellen, beispielsweise Flugzeugpropellerwellen, sind die benötigten magnetischen Eigenschaften mit den Arbeitscharakteristiken der Welle unvereinbar und widersprechend.One of the cores is provided with an excitation or primary winding, which is connected to an AC power source. The other core or cores are provided with measuring or secondary windings connected to an electrical measuring device are. The secondary winding is at an angle of 450 so that when the magnetic wave is not charged, the magnetic fields are symmetrical between the different poles, such that zero equipotential lines lie symmetrically below the secondary pole. However, when a torque is communicated to the shaft the permeability of the wave increases in the direction of the train while it is in the direction of the compression decreases. The force currents that occur contribute to a To induce output voltage in the secondary winding. A measurement with this device is possible where the magnetic properties of the shaft are sufficient, in order to produce a sufficient display of permeability. For other fast-moving ones Shafts, such as aircraft propeller shafts, are the magnetic ones needed Properties incompatible and contradicting the working characteristics of the shaft.

Um einer Welle, die selbst nicht die entsprechenden magnetischen Eigenschaften aufweist, solche magnetischen Kräfte zu verleihen, ist bereits vorgeschlagen worden, als Torsionsteil Hülsen um die Wellen anzuordnen. Der an der lasttragenden Welle befestigten Hülse wird eine der Torsionslast proportionale Torsionsspannung mitgeteilt. Der nichtdrehende Kern- und Spulenteil des Meßgerätes nimmt dann eher solche Änderungen in der Permeabilität wahr, die von den Torsionsspannungen in der drehenden Hülse herrühren, als solche in der drehenden Welle. To a wave that itself does not have the corresponding magnetic Has properties to impart such magnetic forces has already been proposed been used as a torsion part to arrange sleeves around the shafts. The one on the load-bearing The sleeve attached to the shaft creates a torsional stress proportional to the torsional load communicated. The non-rotating core and coil part of the measuring device then takes rather such changes in permeability are true of the torsional stresses in the rotating sleeve originate as such in the rotating shaft.

Daher kann für die Welle ein solches Material gewählt werden, das ihr optimale Eigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit und Härte, verleiht. Gleichzeitig können die Eigenschaften der Hülse so ausgesucht werden, daß die Änderung im Widerstand mit der Belastung optimiert wird und die Temperatur-, Hysterese- und die Wirbelstromeffekte auf ein Mindestmaß zurückgeführt werden.Therefore, such a material can be selected for the shaft that gives it optimal properties, such as strength and hardness. Simultaneously the properties of the sleeve can be selected to accommodate the change in resistance is optimized with the load and the temperature, hysteresis and eddy current effects be reduced to a minimum.

Aber auch bei dieser Anordnung bereiten die Messungen mit den bekannten Meßverfahren und den bekannten Drehmometmeßgeräten häufig Schwierigkeiten, und zwar insbesondere bei Luftfahrtbedingungen, also in der Flugzeugindustrie. But even with this arrangement, prepare the measurements with the known Measuring methods and the known torque meters often difficulties, namely especially in aviation conditions, i.e. in the aircraft industry.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und ein hierfür geeignetes lineares und genaueres Meßgerät zum Messen eines einer umlaufenden Welle mitgeteilten Drehmomentes zu schaffen, das sich insbesondere für schnellaufende Wellen und unter Luftfahrtbedingungen eignet. The object of the invention is to provide a method and a method suitable therefor linear and more accurate measuring device for measuring a rotating shaft communicated To create torque, which is particularly useful for high-speed shafts and under Suitable for aviation conditions.

Gegenstand der Erfindung ist zunächst ein Verfahren zum Messen eines einer umlaufenden mit einer magnetischen Hülse versehenen Welle mitgeteilten Drehmomentes, wobei ein Meßgerät, bestehend aus primären und sekundären Windungen, verwendet wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein vorbestimmtes Drehmoment auf die Welle und die Hülse aufgebracht und dabei die Permeabilität der Hülse durch die durch das statische Drehmoment hervorgerufene zurückbleibende Verformung geändert wird, und daß der in den Sekundärwicklungen als Funktion der Permeabilität der Hülse erzeugte Strom gemessen wird. The invention initially relates to a method for measuring a a rotating shaft provided with a magnetic sleeve, communicated torque, using a meter consisting of primary and secondary windings and which is characterized in that a predetermined torque is applied to the shaft and applied to the sleeve, thereby increasing the permeability of the sleeve through the the residual deformation caused by static torque is changed, and that the one in the secondary windings as a function of permeability the current generated by the sleeve is measured.

Zweckmäßigerweise wird ein größeres statisches Drehmoment als das normale zu messende Maximum des Drehmomentes aufgebracht. Appropriately, a larger static torque than that normal maximum torque to be measured applied.

Ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Drehmomentmeßgerät besteht aus primären und sekundären Wicklungen, von denen jede angrenzend an einen Abschnitt der Welle angeordnet ist, wobei die sekundäre Wicklung von der primären Wicklung in einem Abstand von 450 in bezug auf die Welle liegt, die primären und sekundären Wicklungen gegenüber der Welle stationär sind, die Primärwicklung durch Wechselstrom gespeist wird und das Strommeßgerät parallel zur Sekundärwicklung geschaltet ist, die Welle mit einer Hülse versehen ist, deren Enden an der Welle befestigt sind und das Material der Hülse eine solche Zusammensetzung aufweist, daß die Permeabilität dieser Hülse als eine Funktion der durch das zu messende Drehmoment auftretenden Torsionsspannung verändert wird, und es ist dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung eine Vielzahl von Primärspulen aufweist, die um den Umfang der Hülse im Abstand voneinander angeordnet sind, und daß für jede Primärspule ein erstes Paar und ein zweites Paar Sekundärspulen vorgesehen ist, wobei die ersten Paare der Sekundärspulen in Reihe geschaltet und die zweiten Paare der Sekundärspule in Reihe geschaltet sind. A torque measuring device suitable for carrying out this procedure consists of primary and secondary windings, each of which is adjacent to one Section of the shaft is arranged, with the secondary winding from the primary Winding located at a distance of 450 with respect to the shaft, the primary and secondary windings are stationary with respect to the shaft, the primary winding through Alternating current is fed and the ammeter is connected in parallel to the secondary winding is, the shaft is provided with a sleeve, the ends of which are fixed to the shaft are and the material of the sleeve has such a composition that the permeability this sleeve as a function of the torque to be measured Torsional stress is changed, and it is characterized in that the primary winding having a plurality of primary coils spaced around the circumference of the sleeve are arranged from each other, and that for each primary coil a first pair and a A second pair of secondary coils is provided, the first pair of secondary coils connected in series and the second pairs of the secondary coil connected in series are.

Durch die Anordnung einer größeren Anzahl von Spulen werden Unregelmäßigkeiten im Luftspalt ausgeglichen, wodurch das Gerät linearer und sehr genau wird. Arranging a larger number of coils will cause irregularities equalized in the air gap, which makes the device more linear and very accurate.

Es wurde ferner gefunden, daß statische Anwendung von Drehkraft auf die magnetostriktive Hülse, die größer ist als der höchste zu messende Wert, die P ermeabilitätscharakteristiken der Hülse regelt, derart, daß die Eichempfindlichkeit des Gerätes bleibend erhöht wird, während sie die Beziehung zwischen dem aufgebrachten Drehmoment und dem elektrischen Endsignal permanent linearer macht. It has also been found that static application of torque occurs the magnetostrictive sleeve, which is greater than the highest value to be measured, the Permeability characteristics of the sleeve regulates, so that the calibration sensitivity of the device is permanently increased while keeping the relationship between the applied Makes the torque and the electrical end signal permanently more linear.

Diese Änderung der Eichung ist umkehrbar, indem eine Drehkraft angewendet wird, die der Meßrichtung entgegengesetzt ist.This change in calibration is reversible by applying a twisting force which is opposite to the measuring direction.

Beim erfindungsgemäßen Gerät wird zur Erzeugung eines konstanten Magnetflusses ein stationärer Transformator mit einer Primärwicklung verwendet. The device according to the invention is used to generate a constant Magnetic flux uses a stationary transformer with a primary winding.

Von den zwei Sekundärwicklungen ist eine in Richtung der Spannung, und zwar 450 zu der Wellenachse, und die andere in Druckrichtung orientiert.Of the two secondary windings, one is in the direction of the voltage, namely 450 to the shaft axis, and the other oriented in the pressure direction.

Der stationäre Transformator ist so ausgerichtet, daß die Oberfläche der an der Welle befestigten rotierenden Hülse als Teil des Kernes des Transformators wirkt. So variiert der in die zwei Sekundärwicklungen induzierte Strom mit der Zugspannung und der Druckspannung, die durch die auf die Welle ausgeübte Drehkraft hervorgerufen werden. Wenn das Drehmoment in der Welle ansteigt, steigen auch die Spannungen sowie der Unterschied im Strom, der in die 5 ekundärwicklungen des Transformators induziert wird.The stationary transformer is oriented so that the surface the rotating sleeve attached to the shaft as part of the core of the transformer works. The current induced in the two secondary windings varies with the tension and the compressive stress created by the torque applied to the shaft will. As the torque in the shaft increases, so do the stresses as well the difference in current induced in the 5 secondary windings of the transformer will.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In the following the invention is illustrated by means of a preferred embodiment and explained in more detail with reference to the drawings.

Fig. 1 ist eine Endansicht des Gerätes; F i g. 2, 3 und 4 sind Schnitte entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 wobei Fig. 2 die Einzelheiten der Kerne, Spulen mit der im Umriß gezeigten drehenden Welle, F i g. 3 die Einzelheiten der drehbaren Welle mit den im Umriß gezeigten Kernen und Spulen und F i g. 4 Einzelheiten des Kernes darstellt; F i g. 5 ist eine Projektionsebene der Pole des Kernes an der Hülse und Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Schaltbildes, das die Anwendung des erfindungsgemäßen Gerätes veranschaulicht. Fig. 1 is an end view of the device; F i g. 2, 3 and 4 are cuts along the line 2-2 in Fig. 1 with Fig. 2 showing the details of the cores, coils with the rotating shaft shown in outline, F i g. 3 the details of the rotatable Shaft with the cores and coils shown in outline and F i g. 4 details of the Kernes represents; F i g. 5 is a plane of projection of the poles of the core at Sleeve and Fig. 6 is a schematic representation of an electrical circuit diagram, which illustrates the application of the device according to the invention.

Die Welle 10, deren Drehmoment gemessen werden soll, ist an einem Antriebsmotor wie eine Gasturbine (nicht dargestellt) festgekeilt. Sie kann aus irgendeinem Material, wie gehärtetem Stahl, bestehen, das für ihre besondere Verwendung geeignet ist, wobei es gleichgültig ist, ob sie magnetostriktive Eigenschaften aufweist oder nicht. Das erfindungsgemäße Gerät ist insbesondere für solche Wellen vorgesehen, die nicht die optimalen magnetostriktiven Qualitäten für die Verwendung in einem induktiven Drehmomentmeßgerät besitzen. The shaft 10, whose torque is to be measured, is on a Drive motor such as a gas turbine (not shown) wedged. She can go out any material, such as hardened steel, is made for their particular use is suitable, it does not matter whether it has magnetostrictive properties or not. The device according to the invention is intended in particular for such shafts which are not the optimal magnetostrictive qualities for use in one own inductive torque meter.

Um die Welle 10 ist bei 16 und 18 eine Hülse 14 angeschweißt oder in irgendeiner anderen Weise befestigt. Die Welle 10 und die daran befestigte Hülse 14 werden durch Erhitzen und anschließendes langsames Abkühlen entspannt. Die entsprechendenTemperaturen hierfür sind durch das verwendete Material bestimmt. Dann wird eine statische vorbestimmte Torsionsspannung auf die Welle 10 und die Hülse 14 aufgebracht, so daß die magnetostriktive Spannung gegenüber den Induktionscharakteristiken der Hülse 14 geändert werden. Die auf die Welle und Hülse aufgebrachte statische Spannung ist größer als jede Spannung, die von dem der Welle während der normalen Arbeit mitgeteilten Drehmoment herrührt. To the shaft 10 a sleeve 14 is welded or at 16 and 18 attached in any other way. The shaft 10 and the attached sleeve 14 are relaxed by heating and then slowly cooling down. The corresponding temperatures for this are determined by the material used. Then a static predetermined Torsional stress is applied to the shaft 10 and the sleeve 14, so that the magnetostrictive Voltage versus the induction characteristics of the sleeve 14 can be changed. The static stress applied to the shaft and sleeve is greater than either Voltage derived from the torque imparted to the shaft during normal work originates.

Es wurde gefunden, daß sich die Linearität des Drehmomentes gegenüber der magnetischen Widerstandskurve als eine Funktion des Grades des aufgebrachten statischen Drehmomentes ändert.It has been found that the linearity of the torque is opposite the magnetic resistance curve as a function of the degree of applied static torque changes.

Die Hülse 14 ist von einem Transformator 19 umgeben, der einen dreiteiligen Lamellenmagnetkern 20 (Fig. 4) aufweist. Jeder der Abschnitte ist mit einer Vielzahl von Polen versehen, die sich radial gegen die Hülse 14 erstrecken, aber von dieser in einem geringen Abstand (Fig. 5) angeordnet sind, um einen schmalen Luftspalt um den gesamten Umfang der Hülse 14 zu bilden. The sleeve 14 is surrounded by a transformer 19, which is a three-part Has lamellar magnetic core 20 (Fig. 4). Each of the sections comes with a variety provided by poles which extend radially against the sleeve 14, but from this at a small distance (Fig. 5) are arranged around a narrow air gap to form the entire circumference of the sleeve 14.

Der Kern 20 weist einen Primärabschnitt22 mit drei Polen 24 a bis 24 c auf, die um den Innenumfang des Kernes im Abstand von 1200 voneinander entfernt angeordnet und mit Primärwicklungen 26 a, 26b bzw 26c versehen sind. The core 20 has a primary section 22 with three poles 24 a to 24 c on, spaced around the inner circumference of the core at a distance of 1200 from each other are arranged and provided with primary windings 26 a, 26 b and 26 c.

Der Sekundärabschnitt des Kernes ist mit sechs Polpaaren versehen. Die Pole in jedem von drei der Polpaare 28 a und 30 a, 28 b und 30 b bzw. 28 c und 30c sind physikalisch mit den Polen 26a, 26b bzw. The secondary section of the core is provided with six pairs of poles. The poles in each of three of the pole pairs 28 a and 30 a, 28 b and 30 b and 28 c and 30c are physically connected to poles 26a, 26b and

26c ausgerichtet, und zwar entlang einer Linie, die sich in bezug auf die Achse der WellelO in einem Winkel von 450 befindet. Diese Linie entspricht der Zugrichtung, die von dem der Welle mitgeteilten Drehmoment herrührt. Die anderen drei Paare von Sekundärpolen 32 a und 34 a, 32b und 34b sowie 32 c und 34 c sind in ähnlicher Weise mit den Primärpolen ausgerichtet, jedoch in Richtung der Kompression. Jeder der Pole 28 a bis 28 c und 30 a bis 30 c ist mit einer Wicklung 36 a bis 36c bzw. 38 a bis 38c versehen, die jeweils in entsprechenden Paaren angeordnet ist. Ebenso sind die Pole 32 a bis 32 c und 34 a bis 34 c mit Wicklungen 40 a bis 40 c und 42 a bis 42 c versehen. So sind die Paare der Wicklungen 36 a bis 36c und 38 a bis 38c mit einer entsprechenden Primärwicklung 26 a bis 26c in Richtung des Zuges ausgerichtet, während die Paare der Wicklungen 40a bis 40c und 42 a bis 42c in Richtung der Kompression gerichtet sind. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Wicklungen 40a, 42 a, 40b, 42 b, 40c und 42 c in Reihe geschaltet, während andererseits die Wicklungen 36 a, 38 a, 36 b, 38 b, 36 c und 38 c auch in Reilhe geschaltet sind. Die physikalische Anordnung der Wicklungspaare bewirkt, daß jedes Wicklungspaar nur durch die Druckbeanspruchung oder die Zugbeanspruchung beeinflußt wird, und daß jede Inhomogenität in der Hülse 14 durch die Reihenschaltungen der Paare auf einen Mittelwert gebracht wird.26c aligned along a line referring to is located on the axis of the WellelO at an angle of 450. This line corresponds the direction of pull resulting from the torque imparted to the shaft. The others are three pairs of secondary poles 32 a and 34 a, 32b and 34b and 32 c and 34 c similarly aligned with the primary poles, but in the direction of compression. Each of the poles 28 a to 28 c and 30 a to 30 c has a winding 36 a to 36 c and 38a to 38c, respectively, which are each arranged in corresponding pairs. Likewise, the poles 32 a to 32 c and 34 a to 34 c with windings 40 a to 40 c and 42 a to 42 c. So are the pairs of windings 36 a to 36c and 38 a to 38 c with a corresponding primary winding 26 a to 26 c in the direction of the train aligned, while the pairs of windings 40a to 40c and 42a to 42c are directed in the direction of compression. As can be seen from Fig. 6, the windings 40a, 42 a, 40b, 42 b, 40c and 42 c are connected in series while on the other hand, the windings 36 a, 38 a, 36 b, 38 b, 36 c and 38 c also in Reilhe are switched. The physical arrangement of the pairs of windings causes each The winding pair is only influenced by the compressive stress or the tensile stress is, and that any inhomogeneity in the sleeve 14 by the series connections of Pairs is brought to a mean value.

Die gesamte Schnuranordnung ist von einem zweckmäßigen Kunststoff eigefaßt (nicht dargestellt) und in einem Träger 41 befestigt. Durch die Löcher 42 im Träger 41 kann das Gerät stationär in bezug auf die drehbare Welle angebracht werden. Elektrische Drähte 44 von den Spulen erstrecken sich durch eine Hülle 46 zu einem Regelkreis und einem Anzeigegerät, die schematisch in Fig. 6 dargestellt sind. The entire string arrangement is made of a suitable plastic trimmed (not shown) and fastened in a carrier 41. Through the holes 42 in the support 41, the device can be mounted stationary with respect to the rotatable shaft will. Electrical wires 44 from the coils extend through a sheath 46 to a control circuit and a display device, which are shown schematically in FIG are.

Fig. 6 zeigt, daß die Primärwicklungen 26 a bis 26c parallel über eine Wechselstromquelle 44 geschaltet sind, und der durch diese Wicklungen fließende Strom dient dazu, einen konstanten Magnetfluß in der Manschette 14 zu erzeugen. Die in den in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen 36 a bis 36 c und 38 a bis 38c erzeugten Wechselströme werden durch einen Vollweggleichrichter 46 in einen Gleichstrom umgewandelt. Die Widerstände 50 und 52 sind über den Ausgang des Gleichrichters 46 und die Widerstände 54 und 56 über den Ausgang des Gleichrichters 48 geschaltet. Die Widerstände 50 und 54 sind verstellbar, um bei Fehlen eines auf die Welle aufgebrachten Drehmomentes eine Nulleistung von den Gleichrichtern zu ergeben und um die Steilheit des Drehmomentes gegenüber der Leistungsstromkurve einzustellen, so daß sie der Eichung des Anzeigegerätes entspricht. Parallel mit den Widerständen 62, 64, 66, 68 und 70 geschaltete Kondensatoren 58 und 60 bilden den Eingang zu dem Anzeigegerät 72. Fig. 6 shows that the primary windings 26 a to 26 c in parallel an alternating current source 44 are connected, and the flowing through these windings Current is used to generate a constant magnetic flux in the cuff 14. The series-connected secondary windings 36 a to 36 c and 38 a to 38 c Generated alternating currents are converted into direct current by a full wave rectifier 46 converted. Resistors 50 and 52 are across the output of the rectifier 46 and the resistors 54 and 56 are connected via the output of the rectifier 48. The resistors 50 and 54 are adjustable to be applied in the absence of one on the shaft Torque to give a zero power from the rectifiers and the slope of the torque with respect to the power flow curve so that it is the Calibration of the display device. In parallel with resistors 62, 64, 66, 68 and 70 connected capacitors 58 and 60 form the input to the display device 72.

Der Widerstand 62 ist mit einem verstellbaren Abgriff versehen, um jede erforderliche Nulleinstellung am Anzeigegerät 72 zu ermöglichen.The resistor 62 is provided with an adjustable tap to to enable any necessary zero setting on the display device 72.

Die Eichung des Systems erfordert, daß der durch das Anzeigegerät 72 entwickelte Strom mit einer standardisierten Beziehung zwischen Drehmoment und Strom übereinstimmt. Dies ist nötig, um einen freien Austausch ohne Nacheichung des Anzeigegerätes 72 zu gewährleisten. Die Standardisierung des Drehmomentes gegenüber der Stromeichung wird durch Einstellung auf Nullmeßanzeige ohne Drehkraft auf der Welle durchgeführt, indem das Potentiometer 50 geändert wird, um zwischen der Verbindung 74 und dem Widerstand 52 einen größeren Widerstand zu bilden, wobei gleichzeitig der Widerstand 54 im gleichen Ausmaß geändert wird, um den Widerstand zwischen der Verbindung 76 und dem Widerstand 56 zu verringern, oder umgekehrt. Die Steilheit des Drehmomentes gegenüber der Stromabhängigkeit wird durch gleichzeitiges Verstellen im gleichen Ausmaß der Potentiometer 50 und 54 geändert, um mehr oder weniger Widerstand zu erzeugen. Die Linearität der Drehmoment-Strom-Beziehung wird durch Aufbringen von Drehkraft auf die Welle 10 mit der befestigten Hülse 14 geändert. The calibration of the system requires that the indicator 72 developed current with a standardized relationship between torque and Current matches. This is necessary for a free exchange without recalibration of the display device 72 to ensure. The standardization of the torque opposite the current calibration is done by setting to zero gauge without torque on the Shaft performed by changing the potentiometer 50 to between the connection 74 and the resistor 52 to form a larger resistor, at the same time the resistance 54 is changed to the same extent as the resistance between the Connection 76 and resistor 56 decrease, or vice versa. The steepness the torque versus the current dependency is adjusted by simultaneous adjustment to the same extent the potentiometers 50 and 54 changed to more or less resistance to create. The linearity of the torque-current relationship is achieved by applying of rotational force on the shaft 10 with the sleeve 14 attached.

Die Anwendung der Drehkraft in der zu messenden Richtung, die aber größer ist als das höchste zu messende Drehmoment, bewirkt, daß die Drehmoment-Strom-Beziehung linearer wird. Eine in entgegengesetzter Richtung, aber ebenfalls in Überschuß zum höchsten zu messenden Drehmoment, aufgebrachte Drehkraft hat zur Folge, daß die Drehmoment-Strom-Beziehung weniger linear wird.The application of torque in the direction to be measured, but that is greater than the highest torque to be measured, causes the torque-current relationship becomes more linear. One in the opposite direction, but also in excess of the highest torque to be measured, applied torque has the consequence that the Torque-current relationship becomes less linear.

Dieses erfindungsgemäße magnetische Drehmomentmeßgerät mißt das Drehmoment in einer an der Welle befestigten Hülse und weniger dasjenige in der Welle selbst. Die nichtdrehbaren Spulenteile des Drehmomentmeßgerätes nehmen Änderungen in der Permeabilität auf, die durch Torsionsspannungen in der drehbaren Hülse herrühren, wodurch die Auswahl einer Welle mit den optimalen Eigenschaften, die für die Festigkeit und Härte erforderlich sind, möglich wird. Außerdem werden die Eigenschaften der magnetischen Hülse so gewählt, daß die Anderung im magnetischen Widerstand mit der Beanspruchung optimiert und dieTemperatur-, Hysterese- und dieWirbelstromeffekte auf ein Minimum herabgesetzt werden. Die einzige Einschränkung, die bei der Auswahl der Materialien für die Hülse gegeben ist, liegt darin, daß derWärmeausdehnungskoffizient der Hülse der gleiche sein muß wie der des Materials der Welle. This magnetic torque meter according to the invention measures the torque in a sleeve attached to the shaft and less that in the shaft itself. The non-rotating coil parts of the torque meter take changes in the Permeability resulting from torsional stresses in the rotatable sleeve, thereby choosing a shaft with the optimal properties necessary for strength and hardness are required, becomes possible. In addition, the properties of the magnetic sleeve chosen so that the change in magnetic resistance with the Stress optimized and the temperature, hysteresis and eddy current effects be reduced to a minimum. The only limitation when choosing of the materials for the sleeve is that the coefficient of thermal expansion the sleeve must be the same as that of the shaft material.

Weiterhin wird die Tatsache, daß die Beziehung zwischen Beanspruchung bzw. Spannung und magnetischem Widerstand verändert werden kann, dadurch ausgenutzt, daß der Hülse statisch ein größeres Drehmoment mitgeteilt wird, als das höchste unter normalem Gebrauch eingesetzte Drehmoment. Die statische Anwendung eines Drehmomentes erzeugt eine Restspannung in der Hülse, die sich in einer linearen Beziehung zwischen dem der Welle (Uberdrehkraft) mitgeteilten Drehmoment und dem elektrischen Ausgangssignal auswirkt. Die Größe der trber-Drehkraft kann empirisch bestimmt werden, und ihr Effekt ändert sich nicht mit der Zeit oder mit der Temperatur (gemessen bei 3150 C). Das Über-Drehmoment kann der Hülse in jeder Richtung mitgeteilt werden. Furthermore, the fact that the relationship between stress or voltage and magnetic resistance can be changed, thereby exploited that the sleeve is statically communicated with a greater torque than the highest torque applied under normal use. The static application of a torque creates a residual stress in the sleeve, which is in a linear relationship between the torque reported to the shaft (overturning force) and the electrical output signal affects. The magnitude of the turber torque can be determined empirically, and you Effect does not change with time or temperature (measured at 3150 C). The over-torque can be communicated to the sleeve in any direction.

Durch Verwendung von sechs Paar Sekundärwicklungen, von denen drei Paare zur Aufnahme der Zugkomponenten und drei Paar zur Aufnahme der Druckkomponenten angeordnet sind, werden Unregelmäßigkeiten im Luftspalt ausgeglichen, und es wird ein sehr lineares Gerät erhalten. Using six pairs of secondary windings, three of which Pairs to hold the tension components and three pairs to hold the pressure components are arranged, irregularities in the air gap are compensated, and it is get a very linear device.

Eine Beziehung zwischen der Verdrehspannung bzw. Torsionsbeanspruchung und den magnetischen Effekten besteht bei konstanten Temperaturen. Verdrehspannung bzw. Torsionsspannung dividiert durch Verdrehverformung ist gleich dem Torsionsmodul. A relationship between torsional stress and torsional stress and the magnetic effects exist at constant temperatures. Torsional stress or torsional stress divided by torsional deformation is equal to the torsional modulus.

Das Torsionsmodul ist aber nur dann eine Konstante, wenn die Temperatur konstant ist. Es ist bekannt, daß das Drehmoment proportional zu der Verdrehspannung und ebenso proportional zu der Verdrehverformung mal dem Torsionsmodul ist. Da sich das Torsionsmodul mit der Temperatur ändert, müssen Mittel vorgesehen werden, um die Anderung im Torsionsmodul zu kompensieren. Hierfür gibt es zwei Verfahren.The torsional modulus is only a constant if the temperature is constant. It is known that the torque is proportional to the torsional stress and is also proportional to the torsional deformation times the torsional modulus. That I the modulus of torsion changes with temperature, means must be provided to to compensate for the change in the torsional modulus. There are two ways to do this.

Es ist bekannt, daß der durchschnittliche Luftspalt zwischen den Magnetkernen und der Hülse die Empfindlichkeit des Drehmomentes gegenüber der Signaleichung regelt. Daher wird dann, wenn die Hülse und die Welle aus Stoffen hergestellt sind, deren Ausdehnungskoeffizient größer ist als der Ausdehnungskoeffizient der Kernlamellen, der durchschnittliche Luftspalt mit der Temperatur verringert werden. It is known that the average air gap between the Magnetic cores and the sleeve, the sensitivity of the torque to the signal calibration regulates. Therefore, if the sleeve and the shaft are made of fabrics, whose expansion coefficient is greater than the expansion coefficient the Core lamellas, the average air gap decreases with temperature.

Durch entsprechende Auswahl des Durchmessers der Welle und der Hülse und dem Soll-Luftspalt, wird ein Ausgleich für die Verringerung des Torsionsmoduls mit der Temperatur erzielt. Obwohl die Kompensation nicht genau ist, weil die Torsionsmoduländerung mit der Temperatur etwa linear ist, während die Änderungen im Luftspalt dem Entfernungsgesetz unterliegen, zeigten die nach praktischer Erfahrung ausgewählten Stoffe Kompensationen, deren Abweichungen weniger als 10/o über einen Temperaturbereich von 1210 C betrugen. Die Ergebnisse wurden mit einem Drehmomentmeßgerät erhalten, das mit Lamellen aus 500/0 Nickel, 50°/o Eisen (Ausdehnungskoeffizient 3,2 10-6 pro 0,550 C) einer 2 I2 0/o Siliziumstahl-Hülse (Ausdehnungskoeffizient 6,4 10-6 pro 0,550 C), einem Wellendurchmesser von 45,7 mm und einem Soll-Luftspalt von 0,36 mm ausgestattet war.By selecting the diameter of the shaft and the sleeve accordingly and the target air gap, compensates for the reduction in the torsional modulus achieved with temperature. Although the compensation is not accurate because of the change in the torsional modulus is approximately linear with temperature, while the changes in the air gap follow the law of distance subject, the fabrics selected based on practical experience showed compensations, whose deviations were less than 10 / o over a temperature range of 1210 ° C. The results were obtained with a torque meter made with lamellae 500/0 nickel, 50% iron (expansion coefficient 3.2 10-6 per 0.550 C) a 2 I2 0 / o silicon steel sleeve (expansion coefficient 6.4 10-6 per 0.550 C), a Shaft diameter of 45.7 mm and a target air gap of 0.36 mm was.

Ein anderes Verfahren zur Beseitigung von Temperaturgangsfehlern besteht darin, die Amplitude der Wechselstromquelle mit der Temperatur zu erhöhen, um die Verringerung des Torsionsmoduls mit der Temperaturänderungen aufrechtzuerhalten. Dies Ausgangssignal für ein konstantes Drehmoment bei Temperaturänderungen aufrechtzuerhalten. Dies wurde in der Praxis dadurch erreicht, daß die Temperatur mit einem Element abgetastet wurde, dessen elektrischer Widerstand mit der Temperatur variiert und dieses Widerstandselement in die Rückkoppelungsbahn der Wechselstromzuführung eingesetzt wurde. Another method for eliminating temperature response errors consists in increasing the amplitude of the AC power source with temperature, to maintain the decrease in the torsional modulus with temperature changes. Maintain this output for constant torque with temperature changes. This has been achieved in practice by adjusting the temperature with an element was scanned, the electrical resistance of which varies with temperature and this resistance element inserted into the feedback path of the AC power supply became.

Claims

Claims: 1. Method for measuring one of the circulating, with a shaft provided with a magnetic sleeve, with a measuring device, consisting of primary and secondary turns is used, which is marked by, that a predetermined static torque on the shaft (1 ()) and the sleeve (14) applied and thereby the permeability of the sleeve through the static Torque caused, residual deformation is changed, and that the current generated in the secondary windings as a function of the permeability of the sleeve is measured.

2. The method according to claim 1, characterized in that a larger static torque applied as the normal maximum torque to be measured will.

3. Torque measuring device for performing the method according to the claims 1 and 2, consisting of primary and secondary Wick-lungen, each of which is contiguous is arranged on a portion of the shaft, the secondary winding of the primary winding in a distance of 45 with respect to the shaft, the primary and secondary windings are stationary with respect to the shaft, the primary winding is fed by alternating current and the ammeter is parallel to the secondary winding is switched, the shaft is provided with a sleeve, the ends of which on the shaft are attached and the material of the sleeve has such a composition, that the permeability of this sleeve as a function of the torque to be measured occurring torsional stress is changed, characterized in that the primary winding a plurality of primary coils (26 a to 26 c) around the circumference of the sleeve (14) are arranged at a distance from each other that for each primary coil a first Pair (36a to 36c, 38a to 38c) and a second pair (40a to 40c, 42 a to 42 c) Secondary coils are provided, with the first pairs of secondary coils in series and the second pairs of the secondary coils are connected in series.

4. Torque measuring device according to claim 3, characterized in that the primary windings (26 a to 26 c) between the spaced apart, in series switched coil pairs (36a to 36c, 38a to 38c or 40a to 40c, 42a to 42c) are arranged.

5. Torque measuring device according to claim 3 and 4, characterized in that that the windings of each secondary coil pair are axially spaced are the first pair (36a to 36c, 38a to 38c) of the secondary coils and the primary winding with respect to the axis of the shaft (10) at an angle of 450 and the second pair (40a to 40c, 42a to 42c) of the coils and the primary winding (26a to 26c) with respect to on the alignment of the first pair of coils (36a to 36c, 38a to 38c) in one Angles of 900 are aligned.

6. Torque measuring device according to claim 3 to 5, characterized in that that the sleeve (14) is surrounded by a curved magnetic core (20) with a Variety of radial poles (24a to 24c, 28a to 28c, 30a to 30c, 32a a to 32c, 34a to 34c) which protrude against the sleeve, but in front of it at a distance end, one coil each (26a to 26c, 36a to 36c, 38a to 38Q, 40a to 40c, 42a to 42c) is arranged on each respective pole, and that the sleeve (14) between creates a line of force path for the primary and secondary windings.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 150 225; Patent No. 8394 of the Office for Invention and Patents in the Soviet occupation zone of Germany.