Магнитоупругий датчик силы

 

МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК СИЛ содержащий чувствительный элемент цилиндрической формы и соосный с К i( ::; ,: I ii ним магнитопровод, на котором размещены обмотки двух преобразователей , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет полной разгрузки . компенсационного преобразователя, между чувствительным элементом и магнитопровод ом установлена втулка из ферромагнитного материала с радиальным участком, разделяющим преобразователи , причем одна цилиндрическая часть втулки сопряжена с магнитопроводом плотно, а другая размещена с зазором концентрично чувствительному элементу. tc ю со /////////////////////777 Фиг.1

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

ЗЛ В М

РЕСПУБЛИН

3(so 6 01 (, 1/12

« ВВЗЗЗЗЗ З%...«... - М.Ъ 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н OBTOPCHOMV ВВИВВТВЪВТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2964109/18-10 (22) 23 .07.80 (46) 07.11.84. Бюп. Ф 41 (72) В.И.Рождественский (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС

{53) 531.781 (088.8) (56) 1. Гинзбург В.B. Иагнитоупругие датчики. М., "Энергия", 1970, .с. !1, 50-53

2. Авторское свидетельство СССР !! 247567, кл. 5 01 1/12, 1967. (54)(57) ИАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК СИЛЫ, содержащий чувствительный элемент цилиндрической формы и соосный с..SU„,,1122907 А ним магнитопровод, на котором размещены обмотки двух преобразователей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет полной разгрузки компенсационного преобразователя, между чувствительным элементом и магнитопроводом установлена втулка из ферромагнитного материала с радиальным участком, разделяющим преобразователи, причем одна цилиндрическая часть втулки сопряжена с магнитопроводом плотно, а другая размещена с зазором концентрично чувствительному элементу.

1 11229

Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к конструкции датчиков, принцип действия которых основан на явлении магнитной упругости, и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования усилий.

Известны магнитоупругие датчики усилий, содержащие чувствительный и компенсационный элементы в виде одинаковых полых цилиндров, обмотки возбуждения и измерительные обмотки которых соединены по дифференциально-трансформаторной схеме (11.

Однако обладая известными преимуществами, эти датчики имеют недостатки, понижающие их эксплуатационные и точностные характеристикн.

Во-ïåðâûõ, без тщательной выработочной отбраковки практически невозможно изготовить пары — чувствительный и компенсационный элемент — достаточно идентичными по выходным характеристикам, что объясняется разбегом допусков и посадок деталей (в пределах нормируемых значений), неидентичностью режимов плавки и отжига,,неидентичностью сборки чувствитель-. ных элементов и рядом других причин.

Указанное обстоятельство приводит к тому, что влияние внешних факторов (температуры, параметра источника питания, вибраций и т.п.) по разному сказывается на выходных характеристиках чувствительного и компенсационного элементов, что понижает точность измерений.

Во-вторых, наличие двух — чувствительного и компенсационного — элементов приводит к усложнению и удо40 рожанию датчика, увеличению его габаритов и снижению эксплуатационной надежности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнитоупругий датчик усилий, содер- 45 жащий чувствительный и компенсационный элементы, снабженные кольцевыми проточками, не охваченными полюсами магнита 2 J.

Недостатками известного датчика являются низкая чувствительность и точность.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет полной разгрузки компенсационного преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитоупругом датчике

07 2 силы, содержащем чувствительный элемент цилиндрической формы и соосный с ним магнитопровод, на котором размещены обмотки двух преобразователей, между чувствительным элементом и магнитопроводом установлена втулка, из ферромагнитного материала с радиальным участком, разделяющим прег образователи, причем одна цилиндрическая часть втулки сопряжена с магнитопроводом плотно, а другая размещена с зазором концентрично чувствительному элементу °

Постоянство зазора может быть обеспечено за счет другой боковой поверхности втулки, плотно сопряженной, например приклеенной, к магнитопроводу .

В связи с тем, что магнитопроводы, замыкающие рабочий и компенсационный потоки соответственно чувствительного и компенсационного элементов, представляют собой участки одних и тех же ферромагнитных деталей, имеется реальная возможность выполнить датчик с исключительно близкими исходными выходными характеристиками как компенсационного, так и чувствительного элементов, что повышает

>стабильность нулевого сигнала и точность измерений.

Кроме того, укаэанная выше особенность выполнения датчика позволяет добиться лучшей компенсации влияющих факторов (температуры, частоты, тока и т.п.), поскольку эти факторы одинаково влияют на .параметры обеих магнитных цепей — рабочей и компенсационной (по крайней мере, для ненагруженного датчика) B отличие от известного.

Поскольку ксмпенсационный элемент полностью разгружен от измеряемого усилия, чувствительность датчика будет выше, чем у известного, что благоприятно скажется на точности измерений.

Для более полного магнитного шунтирования участка чувствительного элемента. ферромагнитной втулкой (компенсационным элементом), толщина последней должна выбираться в соответствии с эквивалентной глубиной проникновения электромагнитной волны, т.е. с учетом поверхностного эффекта. При этом втулку целесообразно выполнять из того же материала, Г что и чувствительный элемент, для

22907 4 при этом компенсационный поток Ф„ остается практически неизменным из-за шунтирования участка чувствительного элемента ненагруженной ферромагнитной втулкой 3, точнее ее цилиндрической частью 4, при этом радиальный участок 5 служит проводником как рабочего, так и компенсационного магнитных потоков, являясь в

10 то же время естественным экраном от проникновения каждого из потоков в чужую магнитную цепь. Как показали испытания макетных образцов датчиков,,при отдельной запитке обмотки возбуждения чувствительного или компенсационного элемента, в обмотке измерения невозбужденной магнитной цепи наводится сигнал, составляющий менее 17 напряжения на своей измерительной обмотке, т.е. ячейки, образованные втулкой, практически не имеют взаимоиндуктивной связи и являются в магнитном отношении автоном- . ными. Обмотки чувствительного и ком2S пенсационного элементов (либо пара измерительных, либо — возбуждения) соединены встречно, и с измерительных обмоток снимается напряжение, пропорциональное приложенному усилию.

При этом механические напряжения на любом участке поперечного сечения чувствительного элемента распределены равномерно и равны между собой.

3 11 снижения температурной погрешности г датчика .

На фиг. 1 изображен магнитоупругий датчик силы; на фиг. 2 — то же, для измерения небольших нагрузок.

Датчик содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде гладкого цилиндра, магнитопровод 2, ферромагнитную втулку 3, цилиндрическая часть 4 которой является компенсационным элементом, радиальный участок 5 разделяет рабочий (Фр) и компенсационный (Ф„) магнитные потоки, а другой цилиндрический участок 6 прикреплен, например приклеен, к стенке магнитопровода 2. На чувствительном элементе 1 и на компенсационном (участок втулки 4) размещены пары обмоток — возбуждения и измерительная, т.е. соответственно обмотки 7 и 8. Причем либо измерительные, либо обмотки возбуждения соединены встречно.

В магнитоупругом датчике силы для измерения небольших нагрузок, показанном на фиг. 2, чувствительный элемент воспринимающий нагрузку, представляет собой гладкий цилиндр 1, расположенный внутри датчика, магнитопровод 2 выполнен в виде наружного цилиндра, а втулка 3 имеет цилиндрический участок 4, являющийся компенсационным элементом, радиальный участок 5, разделяющий пары обмоток 7 и 8, и второй цилиндричес 35 кий участок 6, скрепленный с внутренней поверхностью магнитопровода 2.

Магнитоупругий датчик силы работает следующим образом.

Усилие, прикладываемое к чувствительному элементу 1, вызывает изменение величины рабочего потока Фр, Использование датчика в системах автоматического контроля и регулирования усилий и веса благодаря повышению точности измерений, увеличению перегрузочной способности, снижению габаритов и стоимости обеспечивает эффективность контроля и, соответственно, повышение качества конечного продукта.. 1

1122907

Составитель Н.Вовчук

Техред С,Мигунова

Корректор А,Обручар

Редактор Л.Лосева

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

Заказ 8128/34 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Ра шская наб., д. 4/5