Силоизмерительный датчик

Силоизмерительный датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 1004780 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 08.01.79 (21) 2709975/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М, Кл.

С 01 L 1/12

Геаудерственный квинтет

Опубликовано 15. 03,83, Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 18.03.83 пе делен нэабретеннй н етнрытий (53)УДК 531. ..781(088.8) М.Н. Гуманюк и В.М. Бескоровайный:(72) Авторы .изобретения

Ь

l.

Киевский институт автоматики им. XXV съевда .KfICC (71) Заявитель (54) СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫй ДАТЧИК

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении для создания аппаратуры контроля давлений, разности давлений, измерения малых усилий в нефтехимической, нефтеперераба- s тывающей, автотракторной и других отраслях народного хозяйства.

Известен магнитоупругий преобразователь усилий, содержащий замкнутый магнитопровод в виде консольно установленного пакета пластин из магнитоупругого материала с промежуточным немагнитным слоем, снабженный прорезью для размещения измерительных обмоток. При этом немагнитный слой разделяет пластины с противопо" ложным знаком магнитострикции.

Приложение к магнитопроводу усилия, направленного перпендикулярно плоскости пакета пластин и продольной оси преобразователя, вызывает его изгиб. При этом в пластинах на одной стороне пакета возникают напряжения

2 сжатия, а на другой - растяжения, но изменение (приращение) намагниченности пластин вследствие противопо" ложных знаков их магнитострикции будет иметь один и тот we знак, а величина переменного тока, проходящего через катушку, охватывающую пакет пластин, изменится в определенной зависимости от деформации магнитопровода (например с изгибом вниз - возрастает, а с изгибом вверх - убывает).

Поскольку усилия и соответствующие им деформации приводят при изгибе данного преобразователя к возникновению механических напряжений, пропорциональных изгибу, его чувствительность тем выше, чем тоньше немагнитная прокладка, так как при уменьшении толщины прокладки увеличиваются механические напряжения в пластинах при том же усилии (1).

Недостатками данного преобразователя являются его малая жесткость и

780 4

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изо. бретению является магнитоупругий преобразователь, содержащий замкнутый 25 магнитопровод, состоящий из двух магнитных контуров в виде двух параллельных пластин из материала с одинаковой магнитострикцией, снабженных прорезями для размещения измеритель- 5В ных обмоток, хвостовик для защемления на одном конце, силопередающий элемент (опорная площадка) на другом конце, немагнитный материал, размещенный между пластинами и выполнен35 ный в форме стоек, соединяющих пластины и расположенных- по их контуру, при этом стойки приклеены к пластинам, а измерительные обмотки намотаны на каждой пластине в отдельности.

Другой вид соединения стоек с пластинами без нарушения метрологических характеристик преобразователя в настоящее время не известен $2).

Недостатками этой конструкции пре45 образователя являются ограниченность измеряемого усилия и возможностей применения преобразователя, определяемая ненадежностью клеевого соединения немагнитных стоек с магнитострикционными пластинами в плоскости, 5О перпендикулярной усилию, особенно при работе в условиях вибраций, высоких температур (например при измерении давления масла в системе смазки двигателей трактора и автомобилей), и недостаточная точность работы преобразователя вследствие гистерезиса клеевого соединения и его "ползучес3 1004 низкая точность преобразования, так как повышение жесткости и, соответственно, улучшение метрологических характеристик путем увеличения толщины немагнитной прокладки весьма ограни 5 чены, ибо чем большую часть усилия воспринимает эта прокладка, тем значительнее силовое шунтирование магнитострикционных пластин, тем ниже точность. Кроме того, материалы с отри- 1ц цательной магнитострикцией по сравнению с материалами, обладающими положительной магнитострикцией, обеспечивают с ростом нагрузки значительно меньшее приращение сигнала по мощнос- 5 ти и напряжению, имеют различные характеры нелинейности, что не позволяет получить линейные выходные харак-, теристики преобразователя и исключить его температурные погрешности. о ти", ведущей к уходу нулевой точки характеристики.

Цель изобретения - улучшение метрологических характеристик датчика и расширение области его применения.

Указанная цель достигается тем, что каждая пластина снабжена ребрами жесткости, расположенными по обе стороны прорези и выполненными в виде пакета из материала пластины, изогнутого по линиям, параллельным продольной оси симметрии пластины, при этом одни концы ребер жесткости защемлены в хвостовике, а другие - в опорной площадке.

Выполнение ребра жесткости пластин в виде плотного пакета материала той же пластины, многократно изогнутого по линиям, параллельным оси пластины (свернутых в плотную трубку либо сложенных зигзагом) позволяет упрочнить конструкцию датчика без снижения era чувствительности, поскольку такая конструкция удовлетворяет одновременно условиям повышения механической прочности пластины за счет повышения момента инерции сечения с утолщением, соответствующим ребру жесткости, а с другой стороны при этом толщина пластины не увеличивается, поскольку ребро жесткости выполняется многократным изгибом в плотный пакет материала той же пластины без изменения его толщины. Магнитострикционные свойства пластины не изменяются, поэтому не изменяется чувствительность преобразователя.

Поскольку жесткость плас ин увеличена наличием ребер жесткости, а защемление концов пластин образует жесткую пространственную конструкцию, это обуславливает возможность исключения из конструкции немагнитных стоек и клеевого соединения стоек с пластинами, расширяя диапазон измеряемых усилий и исключая недостатки, присущие клеевому соединению: повышает надежность работы датчика в условиях вибрации и расширенного диапазона температур, а также повышает точность работы датчика за счет исключения гистерезиса клеевого соединения и, вследствие этого, уменьшает вариационную погрешность датчика, улучшая его метрологические характеристики.

На фиг. 1 дан общий вид датчика с пластинами, многократно сложенными в виде полуцилиндров (или угольниS 10047 ков); на фиг. 2 - отдельная пластина, многократно сложенная в виде полуцилиндров (или угольников); на фиг, 3 - общий вид датчика с пластинами, свернутыми в рулон (трубку); на фиг. 4 - отдельная пластина, свитая в два рулона (трубки).

Силоизмерительный датчик (фиг. 1 и 3) содержит два магнитных контура в виде пластин 1 и 2 из магнитострик- 10 ционного материала с одинаковым знаком магнитострикции, снабженных проНо 6 ком магнитострикции, а при изгибе в пластинах возникают напряжения различных знаков, то, например, в обмотках 6 ток убывает, а в обмотках 7 - возрастает. Суммирование этих сигналов производится посредством измерительного моста (не показан), в плечи которого включены обмотки 6 и 7, а выходной сигнал снимается с диагонали моста. резями 3, хвостовик 4 на одном конце продольной оси преобразователя и опорки). :30

Датчик работает следующим образом.

35 меряемое усилие P преобразуется в на- 4О пряжение растяжения верхней пластиную площадку 5, параллельную плоскости пластин, на другом конце оси, измерительные обмотки 6 и 7, пропущенные в прорези каждой пластины и включенные в плечи измерительного моста (не показан). На пластинах по обе стороны прорезей выполнены ребра жесткости 8, образованные путем многократного складывания пластины зигзагом по линиям, параллельным. продольной оси магнитопровода в плотный пакет с последующим общим продольным изгибом, придающим пакету вид полуцилиндра (уголка) или же путем сворачивания пластин вплотные рулоны (трубПри нагружении Датчика усилием Р, приложенным в направлении, перпендикулярном его продольной оси и плоскости опорной площадки 5, его верхняя пластина 1 растягивается, а нижняя 2 сжимается вследствие того, что пластины 1 и 2 защемлены в хвостовике 4 и опорной площадке 5. 8се изны 1 и напряжение сжатия нижней пластины 2, так как других элементов, воспринимающих его, нет. Поскольку измерительные обмотки 6 и 7 охватывают каждую пластину 1 и 2, изготовлены из материала с одинаковым зна13

Формула изобретения

Силоизмерительный датчик, содержащий магнитоупругий преобразователь, выполненный в виде двух пластин из материала с одинаковым знаком магнитострикции, снабженных прорезями, измерительные обмотки, пропущенные в прорези каждой пластины и включенные в плечи измерительного моста, хвостовик на одном конце продольной оси преобразователя и опорную площадку на другом конце оси преобразователя, параллельную плоскости пластин, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения метрологических характеристик датчика и расширениФ области его применения, каждая пластина снабжена ребрами жесткости, расположенными по обе стороны прорези и выполненными в виде пакета из материала пластины, изогнутого по линиям, параллельным продольной оси симмет" рии пластины, при этом одни концы ребер жесткости защемлены в хвосто" вике, а другие — в опорной площадке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гуманюк N.Н. Магнитоупругие датчики в автоматике. Киев. "Техника", 1972, с. 108-112.

2. Авторское свидетельство CCCP

N 521479, кл. G gl L 1/12, 1975 (прототип).. ий8с

Фиг.2

1004780

Составитель Н; Вовчук

Редактор М. Келемеш Техред Т. Фанта Корректор Н. Король

Тираж 8 1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4/5

Заказ 1868/51

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4