Устройство для определения направления отклоняющего усилия

Устройство для определения направления отклоняющего усилия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социапистических

Реснубпик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 240778 (21 ) 265061 4/18-10 (51 )М. Кл. г

G 01 L 1/12 с присоединением заявки Мо—

Гасударственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 250230. Бюллетень М 7

Дата опубликования описания 2 50280 (53) УДК 531.781 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г.Н.Ковшов, Л.Х.Зайнутдинова, A.Н.Сергеев и М.Ф.Молина (71) Заявитель Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (54) УС 1РОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ

1 ОТКЛОНЯЮЩЕГО УСИЛИЯ

Изобретение относится к области

: силоизмерительной техники и может быть использовано для непрерывного определения направления отклоняющего усилия, действующего на буровой агрегат при бурении скважин.

Известны магнитоупругие силонзмери. тели, предназначенные для измерения осевой нагрузки (11. . щ

Магнитоаниэотропный датчик для измерения сосредоточенных осевых сил содержит кольцевой сплошной магнитопровод с двумя рядами отверстий., в которых "уложены первичная обмотка., 35 подключенная к источнику переменного тока,и пересекающаяся с ней измери:-тельная обмотка, подключенная к изме- рительной схеме, причем отверстия выполнены радиальными и расположены 20 по боковой цилиндрической поверхности с равномерным шагом.

Эти магнитоаниэотропные силоизмерители обладают высокой чувствитель-, ностью и точ тью при о ределении 25 осевых усилий, но имеют ограниченные функциональные воэможности, а имен.но не позволяют определить напразления боковой составляющей контролируемого усилия. 30

Наиболее близким по технической сущности решением является магнитоупругая месдоза, содержащая генера- тор, магнитоупругий силовой элемент, выполненный"в виде цилиндрического диска из ферромагнитного материала с распределенной по окружности обмоткой и с двумя взаимно перпендикулярными подмагничивающими обмотками, одна из которых расположена на части сердечника, подвергающегося механическому воздействию, электрически связанный с ним сельсин и устройство отсчета выходной величины (21 .

Этот датчик отлйчаетея повыаенной точностью благодаря устранению влияния непостоянства питающего напряжения и изменения температуры на показания. Однако и он может быть применен только для определения осевой нагрузки, действующей на буровой агрегат. Йспользование известной месдозы для определения направления -усилия, действующего на буровой агрегат, практически невозможно °

Целью изобретения является повышение чувствительности и расширения функциональных возможностей схемы.

717572

Эта цель достигается тем, что обмотки распределены на магнитопровo де попарно, диаметрально противоположно, а чйсло пар кратно трем, причем вторичные обмотки каждой пары включены последовательно — встречно и замкнуты на статорные обмотки сель— сина через введенный в устройство электронный коммутатор, а измеритель выходной величины выполнен в виде двигателя с датчиком его оборотов, механически связаннога через ре- О дуктор с ротором сельсина, и последовательно включенных избирательного усилителя, синхронного детектора. управляющий вход которого подключен к генератору, один вход которого свя- 15 зан с электронным коммутатором через магиитоупругий преобразователь, а второй — c его входом непосредственно, триггера Шйитта, j — k триггера и счетчика, один вход которого свя- щ заи с выходом датчика оборотов, а второй вход — с единичным выходом, — k триггера, этот же выход подключен к управляющему входу коммутатора. 25

На фиг.1 изображена структурная схема устройства;на фиг.2 — временные диаграммы.

Устройство состоит из генератора

1, формирующего напряжение. Генератор последовательно соединен споследовательно соединенными первичными обмотками магнитаупругого преобразователя 2, вторичные обмотки которого соединены с коммутатором 3,"" предназначенным для разновременного 35 подключения к статорным обмоткам сельсина 4 или опорного напряжения,или напряжения магнитоупругаго преобразователя, Роторная обмотка сель. сина соединена с входом избирательного усилителя 5, выделяющего информационное напряжение. Выход последнего связан с входом синхронного детектора б, работающего при соотношении частот сигнала и управления

1:1. Выход детектора соединен с входом триггера Шмитта 7, формирующего прямоугольные импульсы положительной полярности. Выход триггера

Шмитта соединяется с счетным входом

jW триггера переключения 8, выход 5О которого последовательно соединен с входом счетчика устройства 9, об- ладающего памятью и регистратором

10. Ротор сельсина механически связан Через редуктор 11 с двигателем 55

12, на одной оси с которым закреплен датчик оборотов 13, предназначенный для выдачи импульсов запоминающей частоты.

На фиг.3 изображен внешний вид gg и сечение магнитоупругого преобразователя, выполненного в виде кольца 14 из ферромагни тного мате*риала с распределенными по окружности обмотками: первичными 15 и втори ными 16. Обмотки уложены попарно, причем обмотки каждой пары размещены диаметрально противоположно:

16а-1бб, 1бв-1бг,1бд-1бе. Число пар кратно трем.

Ф

На фиг. 4 и з об раже на элек тричес— кая схема соединения вторичных обмоток со статорными обмотками сельсина 17. Роторная обмотка 18 сельсина соединена с входом избирательного усилителя. Вторичные обмотки преобразователя соединяются со статорными обмотками переключением зажимов 19 электронного коммутатора, причем вторичные обмотки каждой пары соединены последовательно - встречно.

Устройство работает следующим образом: при включении генератора 1 синусоидальное напряжение с его выхода поступает на первичные обмотки магнитоупругого преобразователя 2.

При равенстве нулю отклоняющего усилия магнитные проницаемости участков магнитоупругого силового элемента, на которые намотаны обмотки, принадлежащие одной паре, равны между собой, ЭДС, наводимые в этих обмотках, будут также равны между собой, а за счет последовательно —, встречного включения вторичных обмоток каждой пары, напряже ние на з ажимах каждой пары вторичных обмоток становится равным нулю. При появлении отклоняющего усилия, воздействующего на буровой агрегат, магнитные проницаемости участков магнитоупругого силового элемента, принадлежащих одной ,паре обмоток, становятся различными

:и соответственно ЭДС, наводимые в об.мотках, намотанных на эти участки, становятся равными, и напряжения на. зажимах каждой пары вторичных обмоток становятся отличными от нуля.

Напряжение, снимаемое со вторичных обмоток магнитоупругого преобразователя, йодается на один вход коммутатора 3, на другой вход которого одновременно поступает опорное напряжение. В начальный момент времени коммутатор 3 подключает опорное напряжение к статорным обмоткам сельсина 4. Амплитуда сигнала, снимае- мого с роторной обмотки 18 сельсина

4, пропорциональна углу поворота ротора и изменяется по синусоидальному закону. Напряжение постоянно вращающейся роторной обмотки 18 усиливается избирательным усилителем

5, выпрямляется синхронным детектором. 6 и поступает на вход триггера

Шмитта 7. В момент времени С пере— хода через 0 сигнала ротора сель11 11

I сина триггер Шмитта 7 переключается в состояние 1 и переключит триггер 8 также в 1 . Так как триггер 8 соединен с входом счетного устройства 9, то частота заполнения с датчика оборотов 12 начинает npoxof дить в счетное устройство 9. Одно717572 временно - 1 с выхода триггера 8 переключает коммутаrop 3, который подключает к статорным обмоткам сельСина 4 вторичные обмотки магни-. тоупругого преобразователя 2. При этом напряжение роторной обмотки 5 сельсина 4 еще не перешло через 0 из-за разности фаз между опорным напряжением и напряжением магнитоупругого преобразователя 2, поэтому триггер Шмитта 7 снова переходит в состояние 0 . В момент t при переходе через 0 а сигнала ротора сельсина, наведенного напряжением вторичных обмоток магнитоупругого преобразователя 2, триггер

Шмитта 7 установится в состояние 1, триггер 8 переключится из состояния 1 в 0 и установит счетное устройство 9 в 0, частота заполнения с датчика оборотов 13 перестанет проходить. Одновременно 20 коммутатор 3 вернется в первоначальное состояние, при котором он подключен к статорным обмоткам сельсина 4 опорное напряжение с генератора 1. В момент триггер Шмитта переходит 5

:в состояние 0 и процесс измерения повторяется в той же последовательности. Таким образом, количество импульсов, прошедшее на счетное устройство 9 за время t -1„, пропор- gg ционально измеряемому углу наклойа.

Выходной сигнал фиксируется регистра тором 10, Формула изобретения

Устройство для определения направ ления отклоняющего усилия, содержащее генератор, магнитоупругий силовой элемент, выполненный в виде кольца из ферромагнитного материала с распределенными по окружности первич ными и вторичными обмотками, электрически связанный с ними сельсин и измеритель выходной величины, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности .и расширения функциональных возможностей, обмотки распределены на магнито» проводе попарно, диаметрально противоположно, а число пар кратно трем, причем вторичные обмотки каждой пары включены последовательно — встречно и замкнуты на статорные обмотки сельсина через введенный в устройство электронный коммутатор, а измеритель выходной величины выполнен в виде двигателя с датчиком его оборотов, механически связанного через редуктор с ротором сельсина, и после-.. довательно включенных избирательного усилителя, синхронного детектора, управляющий вход которого подключен к генератору, один выход которого связан с электронным коммутатором через магнитоупругий преобразователь, а второй - с его входом непосредственно, триггера Бритта, j — k триггера и счетчка, один вход которого свя- зан с выходом датчика оборотов, а второй вход — с единичным выходом — k триггера, этот же выход подключен к управляющему входу коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9231177, кл. G 01 L 1/12, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9169836, кл. G 01 L 1/1.2, 1965 .(прототип) .

717572 ив уф

В

tf аи. 4

ЦНИИПИ Заказ 9826/57

Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул, Проектная 4-. -У