Магнитоупругий датчик усилий

 

МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ , содержащий измерительные, катушки , катушку возбуждения, компенсаци-: онный и чувствительный элементы и магнитопровод, отличающийс я тем, что, с целью повьлпения чувствительности, он снабжен дополнительными чувствительными, компенсационньти элементами и измерительными катушками, а магнитопровод выполнен в виде цилиндрической катушки с обмоткой возбу}адения, при этом чувствительные и компенсационные элементы расположены по окружности попарно на равноудаленном расстоянии друг от друга, а их продольные оси параллельны продольной оси кат5пвки (Л магнитопровода. а а ;о Л К 0 Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Ц И

РЕСПУБЛИН (19) {) 1) 4 у Е 21 В 44/00 ()

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3658510/23-03 (22) 02. 11. 83 (46) 15.06. 85. Бюл. У 22 (72} E. В. Калыгин, А.Я. 10ферев, 0.)0 Баженов, В.В. Шабалин, Б.Ф. Брюхов и В.П. Шилов (7 1) Свердловский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт им. В.В. Вахрушева (53) 622.24:681. 17(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 571587, кл. Е 21 В 45/00, 1976.

2. Айрапетов В.А, Андрианов В.Д,, Вереиейкин Б.Л. и др. Контроль пара.метров процесса бурения. N. "Недра", 1983, с. 128. (54) (57) ИАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ, содержащий измерительные, катушки, катушку возбуждения, компенсаци-: онный и чувствительный элементы и иагнитопровод, о т л и ч а ю щ и й— с я теи, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен дополнительными чувствительньачи, компенсационными элементами и измерительными катушками, а иагнитопровод выполнен в виде цилиндрической катушки с обмоткой возбуждения, при этом чувствительные и компенсационные элементы расположены по окружности попарно ма равиоудаленном расстоянии друг от друга, а их продольные оси параллельны продольной оси катушки магнитопровода.

1 11616

Изобретение относится к контролю и управлению процессом бурения и предназначено для измерения усилий, возникающих в рабочих органах машин, в частности; в канатах при их натяжении.

Известен забойный датчик для из" мерения усилий в колонне бурильных труб, содержащий упругий чувствительный элемент с ферромагнитным сердеч- 19 ником и сектором для крепления. Это датчик индукционного типа. Принцип преобразования усилия в сигнал в виде напряжения значительно отличает этот датчик от широко распространенных 1$ магнитоупругих датчиков 1.1 3.

Недостатками этого датчика являются низкие надежность и чувствительность, обусловленные индукционным принципом преобразования, 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнитоупругий датчик усилий, содержащий измерительные катушки, катушку возбуждения, компенсационный и чув- 2$ ствительный элементы и магнитопровод.

Датчик содержит чувствительный и компенсационный элемент, два внутренних магнитопровода, выполненных .Зе из пакетов электротехнической стали, две катушки возбуждения, две измерительные катушки, сферические подпятник и пяту, опору и корпус.

Одна катушка возбуждения и одна изме.

° 35, рительная катушка расположены на одном магнитопроводе, вторая катушка возбуждения и вторая измерительная катушка расположены на втором магнитопроводе, а магнитопроводы помещены внутри чувствительного и компенсационного элементов и расположены один над другим. Причем измерительная катушка, расположенная внутри компенсационного элемента, соеди-. нена встречно-последовательно со второй измерительной катушкой, расположенной внутри чувствительного элемента, который одной плоскостью опирается на опору, а другой — на пяту, на которой находится подпятник.

Датчик работает следующим образом.

Когда нагрузка равна нулю. магнит- 55 ные потоки, создаваемые катушками возбуждения, проходят через магнитопроводы .из электротехнической стали и чувствительный и компенсационный элементы. При этом ЭДС, наводимые в измерительных катушках, равны по величине и на выходе датчика напряжение равно нулю. Во время измерения усилие передается через сферические подпятник и пяту к чувствительному элементу, а от него через опору к корпусу. Так как компенсационный элемент остается ненагруженным, а внутри чувствительного элемента возникают сжимающие механические напряжения, изменяющие

его магнитные характеристики, то на выходе измерительных обмоток rioявляется напряжение, пропорциональное усилию. Верхнему пределу измерения усилия (50 кН) соответствует напряжение, равное 2 В Г23.

Однако известный датчик имеет низкую чувствительность, обусловленную тем, что при измерении происходит изменение магнитного потока, наводимого катушкой возбуждения, только в чувствительном элементе. Это не позволяет использовать его в системах автоматического контроля без дополнительных элементов. Кроме того, он сложен конструктивно и имеет высокую стоимость, так как имеет две катушки возбуждения и два магнитопровода, которь!е расположены один над другим и выполнены из пакетов электротехнической стали, а на катуш ку возбуждения подается напряжение высокой частоты от дополнительного источника питания.

Цель изобретения — повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что известный магнитоупругий датчик усилий, содержащий измерительные катушки, катушку возбуждения, компенсационный и чувствительный элементы и магнитопровод, снабжен дополнительными чувствительными, компенсационными элементами и измерительными катушками,, а магнитопровод выполнен в виде цилиндрической катушки с обмоткой возбуждения, при этом чувствительные и компенсационные элементы расположены по окружности попарно на равноудаленном расстоянии друг от друга, а их продольные оси параллельны продольной оси катушки магнитопровода.

На фиг. 1 изображен .датчик, общий вид; на фиг.2 — разрез А-А на фиг. 1.

3 i 161

В корпусе 1 датчика помещен магнитопровод 2. Внутри магнитопровода 2 йомещены чувствительные элементы 3, компенсационные элементы 4 и катушка 5 возбуждения. Измерительные катушки 6 и 7 расположены на чувствительных элементах 3 и компенсационных элементах 4 соответственно.

Чувствительные элементы 3 одной торцовой поверхностью опираются на опо- 1у ру, которой служит дно корпуса 1, а другой торцовой стороной касаются пяты 8. Компенсационные элементы 4 торцовыми поверхностями не касаются ни опоры (дно корпуса 1), ни пяты 8.

Чувствительные 3 и компенсационные 4 элементы расположены по окружности магнитопровода попарно на равноудаленном расстоянии друг от друга, причем чувствительные элементы 3 выполнены по высоте больше, чем компенсационные элементы 4.

Датчик работает следующим образом.

При усилии, равном нулю, напряжение на выходе датчика отсутствует, д так как магнитные потоки (см. фиг. 2), которые проходят через чувствительные 3 и компенсационные 4. элементы, равны между собой. С приложением усилия пята 8 давит на чувствительные элементы 3, которые опираются на дно корпуса. Механические напряжения, возникающие внутри чувствительных элементов 3, изменяют их магнитную проницаемость, что приводит к изменению магнитного сопротивления чувствитель35 ных элементов 3 ° В результате происходит перераспределение магнитных потоков между чувствительными 3 и компенсационными 4 элементами, ввиду

40 ненагруженности последних. Перераспределение магнитных потоков вызывает изменение величины напряжения, наво696 ф димого в измерительных катушках 6 и 7. В результате на выходе датчика появится напряжение, которое пропорционально приложенному усилию.

Выходная характеристика датчика при напряжении питания катушки возбуждения равном 12 и 24 В и нагрузке на выходе датчика 2,2 кОм линейка. Эта характеристика получена с . использованием образцового-динаиометра ДС-5 конструкции "ИЭЗИИ" и В". . Испытанный датчик имеет верхний предел измерения равный 50 кН при допустимой нагрузке, равной 100 кН..

Проверка термостабильности датчика в интервале температур от -30 до о

+30 С показала, что погрешность измерения изменяется в пределах 1-2Х.

Приведенная характеристика также показывает, что чувствительность датчика на один чувствительный элемент выше, чем у известного. Например, при нагрузке 50 кН и напряжении пи- . тания катушки возбуждения, равном

24 В, на один чувствительный элемент приходится 4,7 В, в то время как у известного составляет всего 2 В, т.е. чувствительность предложенного датчика в 2,3 раза выше, чем известного.

Таким образом, датчик предложенной конструкции имеет высокую чувствительность и прост конструктивно.

Это позволяет подключать датчик к элементам автоматики без предварительного усиления и повысить точность измерения усилия.. Упрощение конструкции заключается в замене двух катушек возбуждения и двух магнитопроводов одной катушкой и одним магнитопроводом. Последний может быть выполнен иэ стали марки Ст. 3, что снижает стоимость датчика.

1! 61696

А-Л

Составитель В. Булыгин

Редактор А. Долинич Техред Т.Дубинчак Корректор В.Синицкая

Заказ 3948/38 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ 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