Магнитоанизотропный датчик для измерения силы или деформации

Магнитоанизотропный датчик для измерения силы или деформации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (и) 56!87Ф

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.11.74 (21) 2073066/28 (51) М. Кл.е 601L 1/12//

G 01В 7/24 с присоединением заявки №

ГасУдаРственный комитет (23) Приоритет

Совета Министров СССР а g g g м g 3 p р е т е н н н О п у б л и к о в а н о 1 5 . 0 6 . 7 . Б ю л . е е н ь № 2 2 (53) УДК 621.317.39:531. .781.2 (088.8) и открытий

Дата опубликования описания 18.07.77 (72) Авторы изобретения Л. М. Твердин, В. Б. Закорюкин, В. М. Панченко и О. И. Корнеев (71) Заявитель Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (54) МАГНИТОАНИЗОТРОПНЫЙ ДАТЧИК

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ИЛИ ДЕФОРМАЦИИ

Изобретение относится к технике измерения сил и деформаций, а именно к устройствам, основанным на магнитных принципах с использованием магнитоупругого эффекта, и предназначено для работы в контрольно-измерительных установках.

Известно устройство для измерения силы или деформации, содержащее:консольно закрепленный плоский упругий элемент, выполненный из двух слоев материала с коэффициентами магнитострикции разных знаков, который имеет две одинаковые части — рабочую, изгибаемую,и компенсационную, неизгибаемую. В упругом элементе выполнены отверстия с осями, параллельными плоскости изгиба. На упругом элементе размещены две измерительные обмотки — первичяая и вторичная, охватывающие сечения упругого элемента между отверстиями. Вторичная обмотка выполнена из двух секций — рабочей, размещенной на изгибаемой части, и компенсационной, размещенной на свободной части упругого элемента, включенных встречно (l j.

При изменении температуры окружающего воздуха в упругом элементе возникает напряженное состояние за счет разницы температурных коэффициентов линейного расширения двух его слоев, что приводит к зависимости выходного сигнала известного устройства от температуры из-за неполной идентичности рабочей и компенсационных частей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является магнитоанизотропный датчик для измерения силы или деформации, содержащий консольно закрепленный изгибаемый плоской магнитоупругий элемент с четырьмя отверстиями в нем, оси которых параллельны плоскости его

1р изгиба. Отверстия размещены на поверхности упругого элемента в вершинах прямоугольника со сторонами, параллельными и перпендикулярными плоскостями изгиба магнитоупругого элемента. На упругом элементе разме15 щены две измерптельные обмотки, каждая из которых охватывает сечение упругого элемента между двумя несмежными отверстиями по диагонали прямоугольника. Одна из обмоток является первичной, другая — вторичной (2).

Однако известный магнитоанизотропный датчик не обеспечивает высокой чувствительности к малым изменениям измеряемой величины, так как при отсутствии нагрузки его выходной сигнал не равен нулю, а имеет начальное значение из-за имеющейся обычно магнитной анизотропии материала упругого элемента.

Цель изобретения — повышение чувсгвительности датчика путем уменьшения началь561879

65 ного выходного сигнала, вызванного магнитной анизотропией магнитоупругого элемента.

Указанная цель достигается тем, что измерительные обмотки уложены между смежнымн отверстиями каждая на параллельных сторонах прямоугольника, число витков измерительной обмотки, охватывающей сечение магнитоупругого элемента с большей магнитной проницаемостью выбрано меньшим числа витков другой обмотки и обе обмотки выполнены из двух равных частей, соединенных в мост, так что противолежащие плечи принадлежат одной из обмоток и включены согласно.

Такое размещение и соединение частей измерительных обмоток позволяет получить магнитоанизотропный датчик с мостовой измерительной схемой, а выбор неравного числа витков обеспечивает возможность уравновешивания моста при отсутствии измеряемой нагрузки, уменьшение начального выхода сигнала, то есть повышение чувствительности.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, общий вид; на фиг. 2 — схема включения его обмоток.

Изгибаемый плоский магнитоупругий элемент 1 из магнитоанизотропного материала закреплен консольно. В магнитоупругом элементе 1 имеются четыре отверстия 2, 3, 4 и 5 с осями, параллельными плоскости изгиба.

Они образуют на поверхности элемента прямоугольник с вершинами, совпадающими с центрами отверстий, и сторонами, параллельными и перпендикулярными плоскости изгиба магнитоупругого элемента.

Между смежными отверстиями по сторонам прямоугольника уложены измерительные обмотки: одна, состоящая из двух равных частей 6 и 7, — на параллельных, а другая, состоящая из двух равных частей 8 и 9, — на перпендикулярных к плоскости изгиба сторонах. Обмотки имеют неравное число витков, которое меньше у той обмотки, которая охватывает сечения магнитоупругого элемента с большим значением магнитной проницаемости.

Части обмоток 6, 7, 8 и 9 соединены своими электрическими концами в мост (см. фиг. 2), в котором противолежащие плечи как б и 7, так 8 и 9 принадлежат одной из обмоток и включены согласно. Магнитоупругий элемент (см. фиг. 1) снабжен дополнительными отверстиями 10 и 11, размещенными у отверстий с обмотками на расстоянии, меньшем их радиуса.

Магнитоанизотропный датчик работает следующим образом.

Одну из диагоналей моста подключают к источнику переменного тока, а другую — к измерителю выходного сигнала. Благодаря согласному соединению частей б и 7, а также частей 8 и 9 обмоток в магнитоупругом элементе образуются д ва потока 12 — от одной и 13 — от другой измерительной обмотки (на фиг. 1 показа ны условно, каждый в виде одной силовой линии).

Поскольку м атериал магнитоупругого элемента 1 а низотропен, т. е. имеет разную проницаемость в направлениях, параллельном и перпендикулярном плоскости изгиба, то числа витков измерительных обмоток выбраны различными, так что их индуктивности равны, а мост уравновешен.

При нагружении магнитоупругого элемента изгибающей силой Р, часть поперечного сечения элемента 1 растягивается, а часть сжимается. Соответственно знаку коэффициента магнитострикции материала элемент 1 в одной из частей поперечного сечения магнитная проницаемость будет расти, а в другой— уменьшаться. Поскольку зависимость магнитной проницаемости от механических напряжений нелинейна и магнитная проницаемость при нагружениях возрастает больше, чем падает, то в целом по сечению это приводит к увеличению мапнитной проницаемости магнитоупругого элемента в направлениях, параллельных плоскости изгиба.

Увеличение магнитной проницаемости магнитоупругого элемента приводит к увеличению магнитных потоков 12 и 13, но поток 12 увеличивается больше, чем поток 13, так как он проходит большую часть своего пути в направлении увеличения магнитной проницаемости. В результате этого индуктивность обмоток 8 и 9 увеличивается больше, чем индуктивность обмоток 6 и 7, что приводит к нарушению исходного равновесия моста (см. фиг. 2) и появленшо на его диагонали выходного сигнала, пропорционального приложенной к упругому элементу 1 (см. фиг. 1) нагрузки.

Наличие отверстий 10 и 11 вызывает концентрацию механических напряжений в сечениях между ними и отверстиями 2, 3, 4 и 5.

Это допол нительно увеличивает влияние нагрузки на магнитную проницаемость и способствует повышению чувствительности датчика.

Формула изобретения

Магнитоанизотропный датчик для измерения силы или деформации, содержащий консольно закрепленный изгибаемый плоский магнитоупругий элемент с четырьмя отверстиями, оси которых параллельны плоскости его изгиба и размещены .в вершинах прямоугольника со сторонами, параллельными и перпендикулярными плоскости изгиба магнитоупругого элемента, и две измерительные обмотки, охватывающие сечение мапнитоупругого элемента между двумя отверстиями, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности путем уменьшения начального выходного сигнала, вызванного магнитной анизотропией мапнитоупругого элемента, измерительные обмотки уложены между смежными отверстиями, каждая на параллельных сторонах прямоугольника, число витков измерительной обмотки, охватывающей сечение магнитоупругого элемента с большей магнитной проницаемостью, выбрано

561879

11 б

Фиг. 1

Составитель Ю. Востриков

Редактор Н. Аристова

Корректор Н. Аук

Техред И. Карандашова

Заказ 1530 4 Изд. ¹ 531 Тираж 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 меньшим числа витков другой обмотки и обе обмотки, выполнены из двух равных частей, соединенных в мост та к, что противолежащие плечи принадлежат одной из обмоток и включены согласно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Гумаиюк М. Н. Магнитоупругие датчики в автоматике, Киев, Техника, 1972, стр. 111, рис. 56.

2. Михайлов О. П., Габов Л. П. Магнито5 упругий датчик малых перемещений. Приборы и системы управления, 1971, № 8, стр. 38 — 39.