Магнитоупругий датчик усилий

Магнитоупругий датчик усилий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра , и размещенный в чувствительном элементе элемент намагничивания, выполненный в виде магнитопровода с обмоткой намагничивания, ось которой совпадает с осью магнитопровода, отличающийся тем, .что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения знакоперемещенных усилий, в цилинд помещены дополнительно один или два магнитопровода с измерительными обмотками, оси которых совпадают с осями магнитопррводов и параллельны оси элемента намагничивания, при этом элемент намагничивания установлен перпендикулярно оси цилиндра. 4: СО Ч О) Фмг.7

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

З 51> 6 01 1 1/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фо

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3431250/18-10 (22) 30;04.82 (46) 23.10.83. Бюл. № 39 (72) .С.Л; Богорский, Э.В. Голован, В,А. Дейнега, Н.С. Рубан и Т.Б; Терещенко (71) Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС (53) - 531.781 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

J4 559137, кл. G 01 L 1/12, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 247567, кл. G Ol L 1/12, 1967 (прототип).

„„SU„„1049760 Д (54) (57) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК

УСИЛИИ, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра, и размещенный в чувствительном элементе элемент намагничивания, выполненный в виде магнитопровода с обмоткой намагничивания, ось которой совпадает с осью магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения знакоперемещенных усилий, в цилинд помещены дополнительно один или два магнитопровода с измерительными обмотками, оси которых совпадают с осями магнитопроводов и параллельны оси элемента намагничивания, при этом элемент намагничивания установлен перпендикулярно оси цилиндра.

Изобретение относится к измерению механических усилий и. может применяться в весоизмерительной технике, мащ: построении, в системах автоматического регулирования технологическими процессамн и в других отраслях народного хозяйства.

Известен магнитоупругий датчик, содержащий две изгибаемые пластины, соединенные между собой на концах и в центре фиксирующими немагнитными вставками.

Концевые вставки имеют призматические 0 опоры, а измеряемое усилие прикладывается к стяжному болту, проходящему через центральную вставку. Каждая изгибаемая .пластина имеет по два продольных паза, расположенных между вставками и используемых в качестве окон для размещения 5 обмоток.

Измеряемое усилие, приложенное к стяжному болту, обуславливает возникновение механических напряжений различных знаков в верхней и нижней пластинах. Магнит- 20 ные сопротивления пластин изменяются, B связи с чем изменяется индуктивность обмоток, подключенных к источнику питания )1).

Недостатком датчика является узкая область применения, связанная с низкой 25 магнитоупругой чувствительностью дроссельных датчиков в случае измерения усилий растяжения (продольный магнитоупругий эффект в материалах с Ла> О). Это об стоятельство и обуславливает .применение

30 устройства практически исключительно для измерения усилий сжатия. Необходимость измерения этим устройством знакопеременных усилий приводит к существенному усложнению конструкции и снижению точности измерения, так как требует использования двух датчиков, реверсора и анализатора знака усилия.

Кроме того, наличие гальванической связи между источником питания и измерительной цепью в ряде случаев затрудняет решение задач суммирования сигналов не- 40 скольких магнитоупругих датчиков и получения более высокого напряжения выходного сигнала при низком напря>кении питания.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, состоящее из цилиндрического чувствительного элемента с кольцевыми проточками, компенсационного элемента и соосных с ними магнитопроводов с размещенными между их полюсами цилиндрическими обмот- gp ками возбуждения и измерительными обмотками, 55

Обмотки возбуждения основного и компенсационных элементов соединены последовательно. При подключении их к источнику переменного тока создают во внутренних слоях чувствительного (основного) и компенсационного элементов магнитные потоки, замыкающиеся через ма гнитопроводы и при отсутствии измеряемого усилия индуктируют в измерительных обмотках равные ЭДС. Поскольку обмотали соедине ны последовательно и встречно, результирую-. щее выходное напряжение равно нулю. При. действии измеряемого усилия магнитные потоки в чувствительном элементе и компенсационном изменяются на различную величину и возникает выходное напряжение датчика, пропорциональное измеряемому усилию (2 j.

Недостатком устройства является узкая область применения, в связи с низкой магнитоупругой чувствительностью материала с положительной магнитострикцией при продольной ориентации магнитного поля относительно направления действия растягивающих напряжений, что обусловливает применение магнитоупругого способа на основе изменения взаимоиндукции и устройства, его реализующего, пра ктически только для измерения усилий сжатия. Необходимость измерения этим способом знакопеременных усилий приводит, как и в предыдущем способе, к существенному усложению конструкции устройства и снижению точности измерения, так как требует применения двух датчиков, реверсора и анализатора. знака усилий.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения знакопеременных усилий.

Эта цель достигается тем, что в магнитоупругом датчике усилий, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра, и размещенный в чувствительном элементе элемент намагничивания, выполненный в виде магнитопровода с обмоткой намагничивания, ось которой совпадает с осью магнитопровода, в цилиндр помещены дополнительно один или два магнитопровода с измерительными обмотками, оси которых совпадают с осями магнитопроводов и параллельны оси элемента намагничивания, при этом элемент намагничивания установлен перпендикулярно оси цилиндра.

На фиг. 1 представлен трансформаторный датчик усилий, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3— зависимость измерительного сигнала от величины и знака измеряемого усилия. ,. Устройство для измерения усилий, содер>кит трубчатый чувствительный элемент

1, элемент намагничивания, расположенный внутри чувствительного элемента и состоящий нз магнитопровода 2 с обмоткой намагничивания 3 и дополнительного магнитопровода 4 с расположенной на нем измерительной обмоткой 5.

Прн подключении обмотки намагничивания 3 к источнику переменного тока в поверхностном внутреннем слое трубчаI 04_#_ того, элемента 1 возникает окружной магнитный поток ф,. Одновременно появляется. магнитный поток рассеяния ФР, замыкающий ся через воздух и дополнительный магниЪ топровод 4 с измерительной обмоткой 5, сигнал которой. определяется величиной потока рассеяния, проходящего через дополнительный магнитопровод, и числом вит-. ков измерительной обмотки ч

Е =ы( д ФР

При действии на трубчатый чувстви- 1 О тельный элемент усилия, направленного вдоль оси, изменяется магнитная проводимость поверхностного слоя, внутренней поверхности трубчатого чувствительного элемента в окружном направлении, и, следовательно, величина потока рассеяния, сцен- 15 ленного с измерительной обмоткой и ЭДС измерительной обмотки Ео, по которой можно судить о величине и знаке измеряемого усилия.

Воздействие сжимающего усилия обуславливает в случае материала с положительной магнитострикцией поворот векторов намагниченности fs доменов перпендикулярно направлению действия механических напряжений сжатия, т.е. в нашем случае в окружном направлении. Элемент намагничивания создает во внешнем слое внутренней поверхности трубчатого чувст- вительного элемента окружное магнитное поле, т.е. поле ориентированное также, как и под действием осевого сжимающего усилия ориентируются векторы Es доменов. Магнитная проводимость магнитной цепи, по которой замыкается намагничивающий магнитный поток РО, увеличивается, что обус60

4Ю вдавливает снижение потока рассеяния; имеющегося, практически, в любой магнитной цепи. По мере увеличения усилия сжатия сигнал, снимаемый с обмотки, сцепленной с потоком рассеяния, падает. Величина сигнала может быть увеличена, если измерительную обмотку разместить на дополнительном магнитопроводе так, что их оси совпадают и параллельны оси магнитопровода элемента намагничивания.

При действии измеряемых осевых растягивающих усилий HB трубчатый чувстви-. тельный элемент из материала с положительной магнитострикцией векторы намагниченности 4,доменов стремятся расположиться вдоль направления действия растягивающих механичесских напряжений. т.е в направлении образующей трубчатого чув ствительного элемента. Это обуславливает уменьшение магнитной проводимости магнитной цепи, по которой замыкается намагничивающий поток Фо,и, как следствие, увеличение потока рассеяния и сигнала измерительной обмотки, сцепленной с ним

Зависимость измерительного сигнала от знакопеременного усилия представлена на фиг. 2 (кривая I). Скомпенсировав начальную величину измерительного сигнала, при-, ходим к зависимости Бизи= f(h), проходящей через начало координат (кривая 2).

Совершенно очевидно, что приведенная зависимость несет информацию и о величине н о знаке измеряемого усилия.

Магнитоупругий датчик усилия позволяет при сравнительно простой конструктивной схеме одним датчиком обеспечить измерение знакоперемениых усилий.

1049760

Составитель Н. Вовчук

Редактор А. Шаидор Техред И. Верес Корректор М. немчик

Заказ 64О4/39 Тираж 873 Подписное

ВНИИ ПИ ГЬсударственного комитета СССР

IIo делам изобретений и открытий

I l 3035; Москва, Ж вЂ” 35, Раушскаи на4., д. 4/5

Филиал ППП кПатентэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4