Магнитоупругий преобразователь для измерений усилий

Магнитоупругий преобразователь для измерений усилий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик бl ф у

Зависимый от патента Хс

Кл. 4Ж, 7/05

Заявлено 27.111.1964 (№ 890431/26-10) с присоединением заявки Мс

Приоритет

Опубликовано 21.VI I.1966. Бюллетень Мс 15

Дата опубликования описания 10.1Х.1966

МПК С 011

УД1 531.78! (088.8) Комитет оо делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Автор изобретения

Иностранец

Орвар Даале

Иностранная фирма

«Аллмена свенска электрицка актиеболагет» (Швеция) Заявитель

МАГНИТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЙ УСИЛИЙ

Известны магнитоупругие преобразователи для измерения усилий, основанные па магнитоупругих свойствах некоторых материалов.

Эти преобразователи выполнены в виде сердечников из магнитострикционного материала, которые содержат участки, например, в виде стержней, подвергающихся действию нагрузок, и участки, практически разгруженные от их воздействия. Эти участки замкнуты в магнитные цепи и содержат расположенные на них обмотки.

Мерой приложенього усилия является изменение индуктивности участков с обмотками, вызванное изменением магнитной проницаемости участков из-за возникновения в них механических напряжений. Индуктивности сердечника соединяются между собой, а также с питающим трансформатором и измерительным прибором по мостовой или дифференциальной трансформаторной схеме.

Предложенный магнитоупругий преобразователь, выполненный в различных вариантах, отличается от известных кольцевой формой своего сердечника, что позволяет применять его для измерения радиальных нагрузок на подшипниковых опорах в условиях ограниченного пространства вокруг них.

На фиг. 1 показан описываемый магнитоуп,ругий преобразователь (первый вариант); на фиг. 2 — 4 — возможные способы соединения обмоток сердечника в электрические измерительные схемы; на фиг. 5 — магнитоупругий преобразователь, второй вариант; па фиг. 6—

9 — варианты магпитоупругого преобразователя со стержневыми элементами.

По первому варианту (фиг. 1) сердечник преобразователя имеет вид цилиндрического кольца 1, изготовленного путем набора в пакет колец из трансформаторной стали. В сер10 дечпике имеется ряд одинаковых отверстий (каналов) 2, расположенных симметрично относительно ширины кольца и равномерно по окрукности. Отверстия сгруппированы по четырем секторам 8, 4, 5 и б, расположенным между линиями 7 и 8. В отверстиях каждого сектора уложено по одной обмотке 9, 10, 11 и 12. Укладка обмотки в отверстия каждого сектора произведена таким образом, что провод заведен, например, через второе левое отверстие третьего сектора сверху, далее протянут через третье отверстие снизу, а затем через четвертое отверстие сверху и т. д. Между секторами имеются свободные отверстия для скрепления сердечника.

Образование многовитковой обмотки может осуществляться применением многожильного провода с изолированными друг от друга жилами, концы которого после намотки соединяются соответствующим образом. Кроме тоЗо го, жилы могут быть соединены таким обра184751 сердечнике выполнены таким образом, что

65 зом, что образуются две отдельные многовитковые обмотки, расположенные в одних и тех же отверстиях секторов.

Из фиг. 1 видно, что магнитные потоки двух расположенных рядом частей обмотки имеют одно и то же направление в зонах сердечника, лежащих между его отверстиями. Два противолежащих сектора на вертикальной оси являются участками кольца, работающими при измерении вертикальной составляющей, а два других противолежащих сектора на горизонтальной оси являются участками, работающими при измерении горизонтальной составляющей измеряемого усилия.

Принцип работы магнитоупругого преобразователя достаточно рассмотреть на примере одной пары секторов. Например, при действии вертикальной силы, направленной вверх, усилие через обойму подшипника распределяется по внутренней поверхности ьерхнего сектора и сжимает в радиальном направлении участки кольца между отверстиями, что приводит к изменению магнитного сопротивления этих участков и индуктивности обмотки данного сектора. Нижний сектор при этом нагрузки не воспринимает.

Изменение индуктивности регистрируется по одной из схем, показанных на фиг. 2 — 4.

Реализация схемы, показанной на фиг. 2, возможна при наличии в отверстиях каждого сектора двух независимых обмоток. Одна обмотка является обмоткой возбуждения или первичной обмоткой. Вторая обмотка является измерительной или вторичной обмоткой. Первичные обмотки 9Р и 11Р противолежащих секторов соединены последовательно и подключены через реактор И к источнику переменного тока 14. Вторичные обмотки 9S и П5, соединенные встречно, подключены к измерительному прибору 15.

Изменение индуктивностей на фиг. 3 регистрируется по мостовой схеме, у которой два смежных активных плеча образованы обмотками 9 и 11, а вторые два плеча — вторичной обмоткой питающего трансформатора 1б, со 45 средним выводом 17, позволяющим производить установку нуля путем изменения точки его присоединения.

В схеме по фиг. 4 изменение индуктивности регистрируется прибором, включенным в диагональ индуктивного моста, образованного обмотками двух противолежащих секторов сердечника. При этом обмотки каждого из секторов расположены в противоположных плечах моста.

На фиг. 5 показан второй вариант преобразователя. По этому варианту отверстия 2 для расположения обмоток уширены вдоль кольца сердечника, что позволяет повысить удель60 ную нагрузку участков кольца между отверстиями и вместе с тем чувствительность устройства.

На фиг. 6 показан третий вариант магнитоупругого преобразователя. Здесь отверстия в части сердечника, расположенные между ними, образуют по два в каждом секторе удлиненных параллельных стержня. На каждом из стержней имеется, по крайней мере, одна обмотка. При таком выполнении сердечника максимально pменьшается взаимовлияние горизонтальной и вертикальной компоненты измеряемой силы и функционирование секторов не зависит от качества контакта поверхности сердечника с корпусом подшипника.

На фиг. 7 дан четвертый вариант описываемого преобразователя. По этому варианту для повышения диапазона измеряемых нагрузок в каждом секторе содержится две группы параллельных стержней, разделенных промежутком, достаточным для размещения обмоток, наматываемых вокруг каждой группы стержней.

По пятому варианту (фиг. 8) стержни преобразователя в каждом секторе расположены равномерно с определенным шагом и имеют обмотку, охватывающую каждый стержень.

Магнитные потоки в смежных стержнях имеют встречное направление, что уменьшает опасность насыщения кольцевых участков сердечника.

На фиг. 9 дан шестой вариант предложенного преобразователя. Здесь для повышения чувствительности при измерении небольших нагрузок в каждом секторе имеется только по одному стержню с обмоткой.

Магнитные потоки в вертикальных и в горизонтальных стержнях взаимосвязаны. Это позволяет использовать устройство только при измерении силы известного направления, При действии силы вся нагрузка воспринимается одним из вертикальных стержней, например нижним. Верхний стержень в этом случае связан с кольцевым участком, имеющим малую жесткость, при которой существенных напряжений в нем не возникает. Разностный поток, воспринимаемый горизонтальными катушками, является мерой приложенного усилия.

Предмет изобретения

1. Магнитоупругий преобразователь для измерений усилий, содержащий замкнутый сердечник, собранный из пластин с отверстиями, расположенными таким образом, что между ними образуются элементы, воспринимающие нагрузку, на когорых намотаны обмотки, включенные в электрические схемы, регистрирующие изменение магнитного сопротивления элементов сердечника под действием приложенного усилия, отличающийся тем, что, с целью измерений радиальных усилий, действующих на подшипники валов, и возможности установки его в малом пространстве вокруг подшипника, в нем сердечник кольцевой формы воспринимает нагрузку своей внутренней цилиндрической поверхностью.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения вертикальной и горизонтальной составляющих действующей силы, элементы сердечника с размещенными

184751

А-А

Фиг 4 на них обмотками сгруппированы по четырем секторам.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличаюи1ийся тем, что отверстия для обмоток располо>кены симметрично относительно ширины кольца и на равном расстоянии друг от друга по окружности.

4. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличаюи1ийся тем, что число и размеры отверстий сердечника выбраны так, что части сердечника, находящиеся между ними, образуют стержни по одному в каждом секторе.

5. Преобразователь по пп. 1, 2, 4, отличаюи1ийся тем, что его сердечник в каждом секторе имеет по два параллельных стержня, на которых расположены обмотки.

6. Преобразователь по пп. 1, 2, 4, отличаюи1ийся тем, что его сердечник в каждом секторе имеет по нескольку параллельных стержней, расположенных двумя группами с проме>кутком, достаточным для размещения обмоток вокруг каждой группы стержней.

7. Преобразователь по пп. 1, 2, 4, отличаюи1ийся тем, что его сердечник имеет в каждом секторе несколько параллельных стержней, расположенных на равном расстоянии друг от друга, с обмотками, охватывающими каждый стержень.

184751 Рыг.д

2 иг. б

Составитель М. М. Базовский

Редактор Н. С. Коган Тсхред Г. E. Петровская Корректор Г. Е. Опарина

Заказ 2534 16 Тираж 1450 Формат бум. 60;к,90 /в Объем 0,41 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2