Магнитоупругий датчик давления

Магнитоупругий датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

П И С А Н И Е,, гав|

ИЗОБРЕТЕН ИЯ1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено28.11.75 (21) 2193815/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25,03.77.Бюллетень № 11 (45) Дата опубликования описания 30.05.77 (51) М К

5. 01 1 9/16

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам иэооретений н открытий (53) УДК 531 787.91 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. Я. Востриков и A. Г. Полубояринов

Московский ордена Трудового Красного Знамени приборостроительный завод "Манометр" (71) Заявитель (54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ тому содержит воздушные зазоры.

В результате датчик обладает малой чувствительностью и поэтому для получения приемлемых значений взаимной индуктивности при заданных значениях давления необходимы существенные значения механических напряжений в материале магнитопровода. По этой причине характеристика преобразования известного датчика обладает довольно большой нелинейностью и гистерезиеом.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для дистанционного измерения избыточного и абсолютного давлений, разности давлений, а также уровня и расхода по разности давлений различных жидких и газообразных сред.

Известны магнитоупругие датчики давления. Такие датчики имеют магнитопровод из магнитострисционного материала и две обмотки. Под воздействием измеряемого давле-10 ния у магнитопровода изменяется магнитная проницаемость, а в результате — взаимная индуктивнсать между обмотками, являющаяся мерой измеряемого давления (lj.

Однако магнитоупругие датчики уступают по 15 точности дифференциально-трансформаторным датчикам, хотя и более надежны.

Известны также магнитоупругие датчики избыточного давления, содержащие два одинаковых чувствительных элемента в виде 20 полых цилиндров (21. На каждом из них име— ется первичная и вторичная полуобмотка.

Первичные полуобмотки включены последовательно и согласно, а вторичные — встречно.

Оба чувствительных элемента вместе с наружным экраном образуют одну замкнутую магнитную цепь. Измеряемое давление подают внутрь одного из чувствительных элементов, а второй — соединен с атмосферой, так что датчик измеряет избыточное по отношению к атмосфере давление.

При такой конструкции датчика лишь часть всей магнитной цепи меняет свое сопротивление под действием давления — это рабочий чувствительный элемент. Изменение взаимной индуктивности между первичной и вторичной обмотками достигается не изменением основного потока, а изменением потоков рассеивания вокруг каждой из полуобмоток.

Магнитная цепь является составной и поэ551524

Кроме того, такая конструкция чувствительных элементов не позволяет получить высокой точности при использовании датчика для измерения малых разностей двух давлений. Это объясняется тем, что каждое из 5 двух давлений должно подаваться в свой чувствительный элемент по одну сторону его стенки, так что вместо прямого преобразования разности двух давлений, датчик преобразовывает каждое давление в отдельности 10 как избыточное, а затем осуществляет электрическое вычитание результатов преобразования, т. е. приведенная погрешность при измерении разности давлений окажется большей,, чем приведенная погрешность при изме-15 рении избыточного давления, во сколько же раз, во сколько раз наибольшее из измеряемых давлений больше их разности.

Целью изобретения является уменьшение нелинейности и гистерезиса магнитоупругого датчика и обеспечение в одной конструкции измерения избыточного, дифференциального и абсолютного давлений с одинаковой точностью.

Это достигается выполнением обоих чувствительных элементов датчика в виде полых25 тороидов, вложенных в тороидальную защитную оболочку из немагнитного материала и подачей двух давлений, разность между которыми измеряется, по разные стороны стенки обоих чувствительных элементов, так что в одном чувствительном элементе материал работает на растяжение, а в другом— на сжатие.

При таком исполнении датчика магнитная цепь — тороид — не имеет воздушных зазо35 ров и вся целиком меняет свое сопротивление под воздействием измеряемого давления, причем изменение взаимной индуктивности достигается за счет изменения основного потока, Примененная схема нагружения чувствительных элементов обеспечивает непосредственное преобразование разности двух давлений — основного и опорного, а противоположность знаков механических напряжений при встречном включении вторичных обмоток обеспечивает взаимную компенсацию нелинейностей преобразования обоих чувствительных элементов.

На фиг. 1 схематически изображен датчик с разрезами; на фиг. 2 - его принципи50 альная электрическая схема; на фиг. 3 — закон изменения проницаемости материала с положительной магнитострикцией.

Магнитоупругий преобразователь избыточ-55 ного, дифференциального и абсолютного давления во взаимную индуктивность (фиг. 1 ) имеет два тороидальных полых чувствительных элемента 1 и 2, являющихся одновременно магнитопроводами. Они изготовлены из 60 ферромагнетика с большой магнитострикцией, например, пермаллоя 50 Н. Каждый из магнитопроводов 1 и 2 вложен в защитную оболочку 3 и 4 из немагнитного материала, например, стали 36НХТЮ. На каждом магнитопроводе поверх защитной оболочки имеется первичная и вторичная обмотки, а также обмотки регулировки нуля: соответственно 5, 6, 7 — на одном, 8, 9, 10 — на другом магнитопроводе. Оба магнитопровода крепятся к держателю 11, несущему на себе всю конструкцию. Внутренние полости магнитопроводов соединяются со штуцерами 12 и 13 для подвода двух давлений, разность между которыми необходимо преобразовать во взаимную индуктивность. Кроме того, внутренние полости защитных оболочек также соединяется со штуцерами, но в обратном порядке:

3 с 13 а 4 с 12 с помощью каналов 14 и 15, На держателе 11 крепится коробка

16 с электрическими элементами и органами настройки преобразователя, Коробка 16 имеет электрический разъем 17 для присоединения ко вторичным устройствам.

Первичные обмотки 5 и 8 (на фиг. 2) соединены последовательно, согласно и выводятся на зажимы А и Б разьема 17. Вторичные обмотки 6 и 9 также соединены последовательно, но встречно. Обмотки регулировки нуля соединены последовательно и согласно. Выход со вторичных обмоток и обмоток регулировки нуля подсоединяется к настроечным элементам схемы, а затем — к зажимам ВГ разъема 17. Схема имеет следующие органы настройки: регулировку нуля— резистор 18, регулировку диапазона взаимной индуктивности — резистор 19. (Ручки этих сопротивлений обозначены на фиг. 1 теми же позициями).

Магнитоупругий преобразователь избыточного дифференциального и. абсолютного давления во взаимную индуктивность работает следующим образом.

С помощью разъема 17 его подсоединяют ко вторичному устройству, измеряющему взаимную индуктивность, например, вторичному дифференциально-трансформаторному прибору КСД2, от которого поступает питающий ток.Через штуцера 12 и 13 подают давления, разность которых необходимо преобразовать во взаимную индуктивность. Если давление, поданное в штуцер 12, больше давления, поданного в штуцер 13, то на стенки магнитопровода 1 будут действовать растягивающие напряжения, а на стенки магнитопровода 2 — сжимающие, Как известно, магнитная проницаемость магнитных материалов зависит от механических напряжений по гиперболическому за551524

8,910 кону — кривая с» (фиг. 3), Для растягивающих напряжений справедлив участок а для сжимающих — участок 4 . Благодаря тому, что вторичные обмотки магнитопроводов включены навстречу, взаимная индуктив- g ность между первичной и вторичной цепью преобразователя будет пропорциональной разности OL между участками о и 4 (или симметрично построенным ему участком кривой изменения проницаемости с давлением. щ

В результате при исходной нелинейности зависимости проницаемости материала от напряжений зависимость взаимной индуктивности от давления оказывается линейной.

Магнитоупругий датчик, благодаря ма- д лой нелинейности и гистерезису, превосходит по своим характеристикам дифференциально-трансформаторные датчики. В описанном датчике магнитопривод с защитной оболочкой совмещает в себе несколько функ- щ ций — функцию чувствительного элемента, корпуса для больших статических давлений, магнитопровода и каркаса для обмоток Он не содержит подвижных элементов. Поэтому он проще и надежнее, чем дифференциаль-д но-трансформаторные датчики давления и разности давлений, что дает е:гу преимущество как в производстве, так и эксплуатации, Формула изобретения

Магнитоупругий датчик давления, содер- 30 жащий два полых чувствительных элемента из магнитострикционного сплава, соединенные последовательно обмотки на них, из которых первичные включены :согласно, а вторичные — встречно, элементы регулировки нуля и диапазона, а также подводящие штуцеры для каждого чувствительного элемента, о т л и ч аю шийся тем, что с целью уменьшения нелинейности и гистерезиса и обеспечения возможности измерения как избыточного, так дифференциального и абсолютного давлений, чувствительные элементы датчика выполнены в виде полых тороидов и заключены в тороидальную защитную оболочку из немагнитного материала, причем один из штуцеров соединен каналами с внутренней полостью первого чувствительного элемента и полостью, образованной защитной оболочкой и вторым чувствительным элементом, а другой штуцер — с внутренней полостью второго чувствительного элемента и полостью, образованной защитной оболочкой и первым чувствительным элементом, Источники информации, принятые во внимание пои экспертизе:

1. Гинзбург В,. Б. "Магнитоупругие датчики", М., 1970, с. 32 3»

2. Гинзбург В. Б, "Магнитоупругие датчики", М., 1970.,с. 60 (прототип).

Д-Д O -б

551524

Составитель И. Орлова

Редактор E. Скляревская Техред И. Асталош Корректор А. Власенко

Заказ 115/21 Тираж 1052 Подписное

?1НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4