Трансформаторный датчик отклонения для весов с электромагнитным уравновешиванием

 

ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК ОТКЛОНЕНИЯ ДЛЯ ВЕСОВ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащий смонтированные на общем каркасе генераторную катушку и две идентичные приемные катушки, расположенные соосно генераторной катушке и на одинаковом расстоянии от ее центра , и взаимодействующий с катушками якорь, соединенный с чувствительным элементом весов, о т л и ч а . щ и и с я тем, что, с целью повышения его чувствительности за счет . увеличения эффективности экранирующего действия якоря, якорь выполнен в виде полого цилиндра из .немагнитного проводящего материала и размещен в кольцевом зазоре между генераторной и премными катушками, причем § генераторная катушка снабжена ферромагнитным сердечником. (Л

С01ОЭ СОВЕТСКИХ

ИФЮЛИО Ф "

РЕСПУБЛИК ае (и) ЗЯЮ G 01 G /02

" »:. .6g+i:« Д»; «

Ц ""-Хй«1 „. (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ "" : = ; 9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ йК„ц ...

К

К ABTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТБУ (21) 3378354/18-10 (22) 06. 01,82 (46) 07.09.83, бюл. и 33 (72) Л.В.Лебедева, А.И.Синяков, В.А. Субботский, A,д.шалкин и Г,Н.Шпякина (53) 681.269(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

H 559125, кл. G 01 G 7/02, 1975.

2, Агейкин Д.И, и др. Датчики коНтроля и регулирования. Справочные материалы. M ., "Машиностроение", 1965, с. 132 (прототип). (54)(57) ТРАНСФОРМАТОРНЫИ.ДАТЦИК

ОТКЛОНЕНИЯ ДЛЯ ВЕСОВ С ЭЛЕКТРОМАГ-:

НИТНЫМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержа- щий смонтированные на общем каркасе генераторную катушку и две идентичные приемные катушки, расположенные соосно генераторной катушке и на одинаковом расстоянии от ее центра, и взаимодействующий с катушками якорь, соединенный с чувствитель ным элементом весов, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения его чувствительности за счет увеличения эффективности экранирующего действия якоря, якорь выполнен в виде полого цилиндра из .немагнитного проводящего материала и размещен в кольцевом зазоре между генераторной и премными катушками, причем генераторная катушка снабжена ферромагнитным сердечником.

1 1040342

Изобретение относится к весоизмерительной технике.

Известны весы с электромагнитным уравновешиванием, s которых датчик отклонения выполнен в виде четырех катушек, размещенных внутри цилиндрических полусердечников броне" вого типа, попарно укрепленных в обойме соосно на двух параллельных осях открытыми сторонами навстречу друг другу и с зазором между собой, в котором размещеН флажок, соединенный с коромыслом весов Pj .

Недостаток этого датчика заключается в низкой чувствительности, что обусловлено слабой магнитной связью генераторных и приемных катушек и низкой эффективностью экрана в виде флажка.

Наиболее близким к предлагаемому является трансфориаторный датчик отклонения для весов с электромагнитным уравновешиванием, содержащий смонтированные на общем каркасе генераторную катушку и две идентичные приемные катушки, расположенные соосно генераторной катушке и на одина« ковом расстоянии от ее центра, и взаимодействующий с катушками якорь, соединенный с чувствительным элемейт.ом весов (2).

Известный датчик не может быть применен в качестве преобразователя: перемещения в лабораторных весах с высокой чувствительностью и точностью, так как коромысло, таких весов, все размещенные на нем детали, а также узлы и детали, подвешенные к коромыслу, долины быть выполненными из немагнитных материалов, имеющих малое значение магнитной восприим чивости (обычно не более 5. 10 ед. СИ

8 противном случае весы оказываются подверженными влиянию внешних магнитных и электромагнитных полей (вариации магнитного поля Земли, влияние магнитных и электромагнитных полей энергетических и промышленны установок, приборов, электрической сети и т.д.), В случае использования известного датчика соленоидно" го типа в качестве преобразователя перемещения необходимо было бы катушKH 33Kp9flHTb-ма неподвижной опоре, а якорь (ферромагнитный сердечник) подвесить к одному из плеч коромыс.ла весов (свстема подвижный магнитнеподвижная катушка), что совершен5

1О

40 но недопустимо в весах высоКой точности, а тем более в весах, предназначенных для использования в установке для метрологического обеспечения области измерения магнитной восприимчивости слабомагHHTHblx материалов весовым методом. При расположении же катушек преобразователя на коромысле весов, когда катушки подвешены к коромыслу, а якорь (ферромагнитный сердечник) неподвижен и закреплен на опоре (система подвижная катушка - неподвижный магнит), на коромысло secoa действует сила со стороны проводов, подводящих ток к катушкам, что, в конечном итоге, также уменьшает чувствительность веСов и снижает точность взвешивания.

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика отклонения пу" тем увеличения эффективности экранирующего действия якоря.

Поставленная цель достигается тем, что в трансформаторном датчике отклонения для весов с электромагнитным уравновешиванием, содержащем смонтированные на общем каркасе генераторную катушку и две идентичные приемные катушки, расположенные соосно генераторной катушке и на одинаковом расстоянии от ее центра, и взаимодействующий с катушками якорь, соединенный с чувствительным элементом весов, якорь выполнен в виде полого цилиндра иэ немагнитного проводящего материала и размещен в кольцевом зазоре между генераторной и приемными катушками, причем генераторная катушка снабжена ферромагнитным сердечником.

Сооосное расположение генераторной и приемных катушек обеспечивает мак" . симальную индуктивную (магнитную) связь между ним№, в результате которой в приемных катушках наводятся значительные по величине ЭДС. Экран, имеющий форму полого цилиндра, охватывая генераторную катушку, обеспечивает надежное и эффективное экранирование перекрываемых учаСтков приемных катушек. Возрастание величины полезного сигнала на выходе датчика и его заметное изменение при самом незначительном перемещении экрана приводит к повышению чувствительности и точности весов с электромагнитным уравновешиванием, а возникающая при движении экрана сила

1:. - .

3 I0403 взаимодействия между магнитным полемик вихревых токов экрана и полем гене" ::"раторной катушки успокаивает коле-. бания коромысла, что способствует .сокращению времени. измерения.. . На чертеже изображены весы с элеМ- . тромагнитным уравновешиванием и трансформаторным датчиком отклОнения.

Коромысло 1 при помощи опорного:., 1@ элемента (опорной призмы)2- установ- " лено на подушке 3. На концевой прйз» . ме 4 навешена подвеска 5 с чашкой

6, на которой расположен взвешива емый объект 7. .;:;" ::.1з

Трансформаторный датчик 8 отклоне, ния коромысла 1 состоит из генера=:- .-:::торной катушки 9 с ферромагнитным сердечником 10, служащим для усиле": .. ния магнитного потока, двух иден" тичных приемных катушек 11 и 12, рас"": положенных соосно на одинаковых рас".-:: стояниях от центра генераторной катушки 9 и охватывающих ее, и под"" вижного немагнитного проводящего яко" д ря (экрана) 13 в форме полого цилиндра, прикрепленного к чашке 6 весов.,:::

Якорь (экран) 13 помещен в кольцевом зазоре между генераторной 9 и -; приемными 11 .и 12, катушками, намо-,. танными на немагйитном и непроводящем каркасе 14. Генераториая катуш". . ка 9 подключена к генератору 15 высокой частоты. Приемные катушки 11 и 12 подключены к входу блока 16 пре" образования сигнала отклонения, вы-.. ход которого подключен к входу усилителя 17. Выход усилителя 17 че- рез индикатор 18 и регистратор 13 подклЮчен к электромагнитному компенсатору 20, подвижный элемент которого подвешен к коромыслу 1 весов.

Длина генераторной катушки 9, приемных катушек ll и 12, расстояние между приемными катушками 11 и 12, а также высота экрана 13 определяются из следующих соображений, Максимально допустимой автомати-;:-. чески взвешиваемой массе, определяемой верхним пределом диапазона as; =- ® томатического взвешивания на данных весах, соответствует максимальное отклонение коромысла 1 весов от по-... ложения равновесия, т,е. максимальное перемещение (ход) якоря (экрана) .>>

13. Максимальный сигнал на выходе датчика 8 получается в случае, когда,. одна из приемных-катушек полностью

42 4 открыта, а другая полностью экранирована. По технологическим сообра.жениям (удобство намотки, придание жесткости конструкции) приемные катушки наматываются не вплотную, а на некотором расстоянии друг от друга. Очевино, что в таком случае, для обеспечения максимального выхода сигнала (полного открытия одной .и экранирования другой приемной катушки), длина приемных катушек 11 и 12 должна быть выбрана равной удвоенному максимальному перемещению (ходу) якоря 13, а высота якоря 13 должна быть равной расстоянию между центрами приемных катушек 11 и 12. В противном случае или приемные катушки

11 и 12 или экран будут использоваться неполностью. Исходя из необходимости обеспечения наиболее сильной .магнитной связи между генераторной

9 и приемными катушками 11 и 12 и полного их использования, длина генераторной катушки 9 выбирается равной расстоянию от начала одной из приемных катушек до конца другой. Конкретные параметры элементов датчика

8 (длина генераторной и приемных катушек, их диаметры, вид материала и тоацина стенки экрана, диаметр. провода, число витков катушек)опреде ляются в каждом отдельном случае, исходя из конструктивных соображений с учетом величины тока и частоты возбуждения генератора 15, а также особенностей схемы блока 16 преобразования сигнала отклонения.

Весы работают следующим образом.

В положении равновесия, когда на чашке 6 весов отсутствует взвешиваемый объект 7, якорь 13 расположен в зазоре между генераторной 9 и приемными 11 и 12 катушками так,. что центры симМетрии генераторной катушки 9 и якоря 13 с овпадают. При таком расположении якорь 13 перекрывает (экранирует) одинаковые по раэмерам участки приемных катушек 11 и

12, поэтому возбуждаемый токами высокой частоты от генератора 15 маг" нитный поток генераторной катушки 9 наводит в катушках 11 и 12 равные по величине ЭДС. Наведенные ЭДС поступают s блок l6 преобразования сиг.нала отклонения, где выпрямляются и сравниваются. В случае равенства наведенных в катушках 11 и 12. ЭДС сигнал на выходе блока 16 преобразо. вания отсутствует, При наложении

104034

В взвешиваемого объекта 7 на чашку

6 вевов коромысло 1 отклоняется от положенияi равновеси ма HSKoTopbIA угол, что приводит к перемещению якоря 13. 9 результате приемные ка- тушки ll и 12 окажутся неодинаково перекрытымИ (экрвйируемыми) и в них изведутся разные по величине ЭДС.

На выходе блока 16 преобразования

10 появится сигнал, пропорциональныи 0 разности наведенных ЭДС, а в конечном итоге пропорциональный углу отклонения коромысла 1 весов от положения равновесия. После усиления усилителем 17 сигнал отклонения 1S через индикатор 18 и регистратор 19 подается на электромагнитный компенсатор 20. Под действием протека" ющего через электромагнитный ком- . пенсатор 20 тока подвижный элемент 20 компенсатора 20 воздействует на коромысло 1 весов, уравновешивая воздействие оо стороны взвешиваемого объекта 7. О массе взвешиваемого объекта судят по величине постоянно- 2S

ro тока на выходе усилителя 17, фиксируемого с помощью индикатора 18 и регистратора 19.

При этом датчик 8 выполняет одновременно и роль магнитного успокои- щ твля колебаний коромысла 1. При перемещении проводящего якоря 13 в воздушном кольцевом зазоре между генераторной 9 и приемными 11 и 12 катушками в нем возникает ЭДС индук-. ции. Под действием этой ЭДС образу" ется магнитное поле вихревых токов, взаимодействующее с полем генераторной катушки 9. Сила взаимодействия магнитных полей, приложенная чврез экран 13 к плечу коромысла 1 весов, действует таким образом, что создает момент, гасящий колебания коромысла 1. Габариты и конфигурация якоря 13 таковы, что его демпфирующее действие достаточно для успокоения колебаний коромысла 1 и ве" сы не нуждаются в специальном успокоителе, Значительное увеличение коэффициента индуктивной связи (магнитной связи) между генераторной и приемными катушками датчика отклонения за счет их соосного расположения и применение высоко. эффективного подвижного экрана, имеющего форму полого цилиндра, размещенного в кольцевом зазоре между генераторной и приемными катушками, позволяет существенно повысить чувствительность и точность весов с электромагнитным уравновешиванием, а также сократить время измерения, 1040342

Составитель В.Ширшов

Редактор К,Папп ° ТехредM.Гергель Корректор A.Çèìîêîñîâ

Заказ 6916/45 Тираж 643 . Подйисное цнИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,,Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4