Устройство для измерения усилий

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено фильтром второй гармоники частоты перемагничивания и фазовым детектором, а Дифференциальный индукционный преобразователь снабжен дополнительной равномерно распределенной вдоль сердечника обмоткой, подключенной к выходу фазового детектора , опорный вход которого подключен к источнику переменного тока, при этом первичная обмотка дифференциального индукционного преобразователя выполнена в виде двух вйтречно включенных секций, а измерительная обмотка этого преобразователя подключена через фильтр второй гармоники (Л частоты перемагничивания к фазовому детектору.

09) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(5)) С 01 L 1/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЩРЫТМЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3605566/24-10 (22) 13.06.83 (46) 15.10.84. Бюл. Ф 38 (72) А.А.Штин и А.И.Соколик (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт н Ижевский механический институт (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 160385, кл. G 01 L 1/12, 1964.

2. Патент США к- 342872, кл. 73-885, 1969 (прототип) . (54) (57.) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УСИЛИЙ, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок регистрации, о т л и,ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено фильтром второй гармоники частоты перемагничивання и фаэовым детектором, а дифференциальный индукционный преобразователь снабжен дополнительной равномерно распределенной вдоль сердечника обмоткой, подключенной к выходу фазового детектора, опорный вход которого подключен к источнику переменного тока, при этом первичная обмотка дифференциального индукционного преобразователя выполнена в виде двух встречно включенных секций, а измерительная обмотка этого преобразователя под- g ключена через фильтр второй гармоники частоты перемагничивания к фазовому детектору.

1 1118

Изобретение относится к измерениям неэлектрических величин и может быть использовано в приборах и системах для измерения усилий с цифровой обработкой .результатов измерения.

Известно устройство для измерений усилий, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок 10 регистрации среднего числа выбросов

ЭДС от скачков Баркгаузена (СБ) .

Принцип действия устройства основан на возбуждении в ферромагнитном сердечнике СБ посредством воздействия переменного магнитного поля, создаваемого источником переменного тока. Измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, вызывая в нем изменение внутренних нап- ур ряжений. Это приводит к изменению величины ЭДС .от СБ снимаемой с выхода индукционного преобразователя, и соответственно изменению показаний блока регистрации (1) .

Недостатком данного устройства является малое быстродействие, поскольку уже при частотах перемагничивания порядка нескольких герц гармоники частоты перемагничивания, возникающие на выходе индукционного преобразователя, препятствуют нормальной работе блока регистрации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения усилий, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок регистрации.

Принцип действия устройства основан на возбуждении СБ в ферромагнитном сердечнике переменным магнитным полем, создаваемым первичной обмоткой индукционного преобразователя.

Измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, изменяя в нем внутренние напряжения. Соответственно меняются характеристики ЭДС от СБ и показания блока регистрации.

Гармоники частоты перемагничивания компенсируют вследствие дифференциального включения индукционного преобразователя )2) .

Недостаток известного устройства состоит в том, что не компенсируется та часть гармоник частоты перемагни875 2 чивания, которая вызвана наличием постоянных внешних магнитных полей, а также разбросом коэффициентной силы по длине ферромагнитного сердечника материалов с малой коэрцитивной силой (тонкие пленки, пермаллоевые проволоки).

Цель изобретения — повышение точности измерения, Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения усилий, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок регистрации, снабжено фильтром второй гармоники частоты перемагничивания и фазовым детектором, а дифференциальный индукционный преобразователь снабжен дополнительной равномерно расположенной вдоль сердечника обмоткой, подключенной к выходу фазового детектора, опорный вход которого подключен к источнику переменного тока, при этом первичная обмотка дифференциального индукционного преобразователя выполнена в виде двух встречно включенных секций, а измерительная обмотка. этого преобразователя подключена через фильтр второй гармоники частоты . перемагничивания к фаэовому детектору..

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие ,принцип его работы.

Устройство для измерения усилий (фиг. 1) содержит источник 1 переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь 2 с ферромагнитным сердечником 3, блок 4 регистрации, фильтр 5 и фазовый детектор 6, при этом источник 1, индукционный преобразователь 2 и блок ч регистрации соединены последовательно, фильтр

5 и фазовый детектор 6 также соединнены последовательно,.причем фильтр 5 подключен к выходу индукционного преобразователя 2, а опорный вход фазового детектора 6 подключен к источнику 1 переменного тока. Индукционный преобразователь 2 включает перемагничивающую обмотку W, измерительную обмотку W и равномерную дополнительную обмотку W . Обмотка Wg подключена к выходу фазового детектора б. Кроме того, перемагничивающая

11188 з обмотка W< выполнена в виде двух встречно включенных секций.

Рассмотрим работу устройства с учетом временных диаграмм на фиг. 2.

Источник 1 переменного тока созда, 5 ет переменный ток, в частности, синусоидальной формы, который протекает по перемагничивакщей обмотке индукционного преобразователя 2. Измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику 3. При этом в ферромагнитном сердечнике 3 изменяется величина внутренних механических напряжений, вследствие чего изменяются характеристики НЩС от СБ, что приводит к изменению показаний блока

4 регистрации. В первом приближении компенсация гармоник частоты перемагничивания осуществляется путем встречного включения секций обмотки Wg и согласно включения секций обмотки

Ч2. Компенсация гармоник, обусловленных разбросом коэрцитивной силы

Нс по длине сердечника или наличием внешних постоянных магнитных полей, 2

I осуществляется следующим образом.

Предположим, что участки сердечника

3, расположенные в зонах секций обмотки Wg индукционного преобразователя 2, имеют соответственно коэрци- зо тивные силы Нс и Н > (фиг. 2а). Из графических построений видно, что шумовые пачки СБ на графике 26 не совпадают во времени, в частности соответствуют моментам t1 и t . Это приводит к искажению сигнала йа входе блока 4 регистрации и может полностью нарушить нормальное функционирование устройства. Для нормальной

75 4. работы блока регистрации, очевидно, необходимо совместить моменты t1 и

Создадим постоянное однородное магнитное поле величиной Ня. Из графических построений нетрудно заметить, что сигналы от перемагничивания участков сердечника с величинами коэрцитивной силы Н < и Н С совпадают по времени (обычно максимальное значение ЭДС от СБ совпадает с моментом врамени, когда внешнее поле равно коэрцитивной силе). При этом гармоники частоты перемагничивания практически компенсируются и сигнал приобретает вид, показанный на графике .26 для момента времени t .

Воздействие внешних постоянных магнитных полей в данном случае эквивалентно изменению величин коэрцитивной силы участков сердечника и компенсация внешнего поля осуществляется аналогичным образом.

На графике фиг. 2в показана зависимость изменения выходного напряжения фазового детектора от величины внешнего поля. Видно, что при Н, = — "О сигнал Оюд не равен нулю. Это обусловлено суммарным BQçäåéñòâèåì таких факторов как разброс козрцитивной силы по длине сердечника и магнитного поля Земли.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает повышенной точностью измерения. В частности, по результатам предварительных исследований погрешность измерения уменьшается с 3-5 до 1-1,57.

1118875

Hcf а) Нсг б) Риг.z

Составитель Н. Вовчук

Редактор Ю. Ковач Техред А.Вабинец

Корректор М. Иаксимишинец

Тираж 822

Заказ 7442/29

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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