Способ измерения усилий

Способ измерения усилий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социапистииескии

Республик

<и 922544 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву 9 504944 (5})М. Кл.

6 01 L 1/12 (22) Заявлено 27.09. 79 (21) 2822082/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 23.04.82. Бюллетень № 15 тввударстввииыв квинтет ььСР вв двваи извбретеиий и открытий (53 ) УЯ К 531 . 781 (088. 8):

Дата опубликования описания 23.04.82 о (72) Авторы изобретения

Л.И.Осмоловский и Л.ХаЗайнутдинова т

Уфимский авиационный институт им. ОрдиойикицЪе (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ УСИЛИЙ

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при измерении силы и упругих напряжений в ферромагнитных материалах и других механических величин, которые могут быть в них преобразованы (давление, вес, момент, деформация и т. и. ) .

По основному авт. св. У 504944 известен способ измерения усилия, заключающийся в изменении микроструктуры чувствительного элемента, имекщего доменную структуру, и преобразовании изменений микроструктуры в электрический сигнал, при этом регистрируют число скачкообразных изменений микроструктуры элемента, по которому и определяют измеряемое усилие (1J.

Однако имеются два вида скачков, соответствунщие двум видам смещения границ 180-градусные, когда направления намагниченности соседних. доменов антипараллельны, т.е. составляют угол 180, и 90-градусные, когда они взаимно перпендикулярны, причем влияние упругих напряжений на ннх различны. Так магнигное поле вызывает смещение обоих видов границ, причем для слабых полей происходят преимущественно 180-.градусные смещения, как энергетически более выгодные, в то время как упругие напряжения могут вызвать только

90-градусные смещения.

Таким образом, при регистрации всех скачкообразных изменений магнитной структуры измерение усилия связано с погрешностью от нестабиль- ности напряженности поля, которую трудно стабилизировать, и с нелинейностью характеристики преобразования, что исключает прямое преобразование измеряемой величины в дискретный вид Существенно различны числа скачков при сжимакщих и растягивакщих усилиях.

2544 4

Для растягивающего усилия число

90-градусных смещений снижается, поскольку они ориентируют домены в направлении поля. В этом случае зна45 чение усилия можно определить, если вычесть из первоначального числа 90градусных смещений то число, которое зарегистрировано при измеряемом усилии. Таким образом, возможно измерение не только величины, но и направления знака измеряемого усилия.

В предлагаемом способе начальное число 90-градусных смещений может регулироваться в достаточно широких пределах за счет выбора соответствуицей текстуры материала в направлении измеряемого усилия и в более узких

3 92

Цель изобретения — обеспечение возможности измерения одним элементом сжимающих и растягивакщих усилий.

Эта цель достигается тем, что в нем из числа всех зафиксированных скачков изменения микроструктуры чувствительного элемента, выделяют с скачки, соответствующие 90-градусФ 1 ным смещениям границ межДу доменами, и по разности чисел скачков нагруженного и ненагруженного чувствительного элемента определяют величину усилия и его знак.

При заданном переменном напряжении на входе, т.е. при заданном значении намагниченности и при одинаковом направлении поля и сжимающего усилия, последнее смещает 90-градусные границы, снимая число доменов с направлением намагниченности параллельно полю, а за счет поля происходит обратное смещение этих границ. Поэтому число дополнительных

90-градусных смещений в течение каждого цикла будет равно числу таких смещений, однократно произведенных измеряемым усилием, если последнее остается постоянным в течение принятого числа циклов. Это в свою очередь означает, что число дополнительных 90-градусных смещений за цикл пропорционально измеряемому усилию.

Для преобразования последнего в число импульсов необходимо из общего числа 90-градусных смещений за цикл вычесть те, которые вызваны магнитным полем, при отсутствии .усилия, что не представляет трудностей, поскольку это число для данного магнитопровода и режима намагничивания должно быть постоянным.

40 пределах — величинои намагниченности возбуждения, т. е. питающего напряжения.

Общее число счетных импульсов может быть увеличено до сколь угодно большой величины простым увеличением числа циклов перемагничивания на одно измерение. Это особенно важно при измерении малых усилий, когда чувствительный элемент имеет малые размеры и, следовательно, малое число доменов .

На чертеже приведена функциональная схема устройства для реализации способа.

Схема включает в себя магнитоупругий чувствительный элемент 1, магнитное поле в котором образуется обмоткой 2 возбуждения, питаемой переменным напряжением От1 . Снаружи чувствительньш элемент охвачен измерительной обмоткой 3, в которой в момент скачков микроструктуры возбуж— даются импульсы ЭДС. Ось обмотки 3 перпендикулярна направлению усилия и магнитного поля. Выход обмотки 3 включен .на вход усилителя 4, на выходе которого подключен активный фильтр 5, пропускающий только импульсы, соответствунтяие 90-градусным смещениям границ. Выход 5 подключен к

1 входу р е версив но го счетчика б, к другим входам которого подключены схема 7 управления реверсом и отвод обмотки 2. На выходе последнего каскада счетчика б включен вход триггера 8, другой вход которого подключен к отводу обмотки 2. На выходы триггеров счетчика б включен дешифратор 9, один из входов которого подключен к выходу 0 триггера 8и обеспечивает индикацию знака усилия. Выход 1 триггера 8 присоединен к входу схемы 7 управления реверсом.

Схема работает следующим образом..

Благодаря поперечному расположению обмотки 3, 90-градусные смещения границ вызывают в ней импульс ЭДС относительно большой амплитуды и длительности, и одной полярности, тогда как импульсы от 180-градусных смещений должны быть значительно меньшей амплитуды и длительности, и разной полярности — по два разнополярных импульса на одно смещение. После усиления в усилителе 4 такие разные импульсы могут быть относительно легко селектированы фильтром 5, на выходе которого формируются только импульсы

922544

Формула изобретения

l. Авторское свидетельство СССР

4ц № 504944, кл. G Ol L 1/12, 04.04.73

ВНИИПИ Заказ 2563/54,Тираж 883 . Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4, от 90-градусных смещений, которые и подаются на счетный вход счетчика 6.

В начале каждого цикла перемагничивания сигналом с обмотки 2 счетчик

6 устанавливается в положение, соответствуяцее числу 90-градусных смещений при отсутствии измеряемого усилия. Тем же сигналом триггер 8 устанавливается в положение 1 и своим выходным сигналом устанавливает счет- 111 чик 6 через схему 7 в положение ре -: версивного счета. Знаковый сигнал на дешифраторе отсутствует, что соответствует знаку + или растягивающему усилию. По мере увеличения чис- 1 ла счетных импульсов отсчет снижается, что находится в полном соответствии с физическим принципом перемагничивания: с увеличением растягивающего усилия число 90-градусных 26 смещений границ уменьшается.

При отсчете 0 с последнего каскада счетчика подается сигнал переброса на вход триггера 8 и он устанавливается в положение О. На дешифраторе появляется знаковый сигнал 1, . что соответствует знаку — или сжимающему усилию. Одновременно сигнал

1 на входе схемы 7 отключается, и счетчик 6 переключается на прямой 30 счет. В этом случае увеличение числа импульсов, как и отсчета, соответ ствует увеличению сжимающего усилия.

После окончания счета на дешифраторе образуется код, соответствующий измеряемому усилию. С началом следующего цикла перемагничивания, счетчик 6 и триггер 8 переводятся в исходное состояние.и отсчет начинается вновь.

При необходимости расширения диапазона отсчета вместо триггера 8 в схему вводится счетчик числа циклов, который переключает счетчик 6 на реверс по достижении заданного числа циклов перемагничивания.

Предлагаемый способ обеспечивает линейное преобразование как сжи.мающих, так и растягивающих усилий в число импульсов с минимальной погрешностью от нестабильности напряженности поля, а в слабых полях для сжимающих усилий — и от напряжения питания, полную независимость от.частоты перемагничивания, отсутствие других источников погрешности.

Способ измерения усилий по авт.св, ¹504944, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения одним элементом сжимающих и расхягивающих усилий, в нем из числа всех зафиксированных скачков изменения микроструктуры чувствительного элемента выделяют скачки, соответствующие 90-градусным смещениям границ между доменами, и по разности чисел скачков нагруженного и ненагруженного чувствительного элемента определяют величину усилия и

его знак.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе