Электромагнитный прибор

 

Изобретение относится к измерительной технике и-может быть использовано при проектированки электроизмерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих в условиях отсутствия внешних механических воздействий. Электромагнитный прибор содержит катушку возбуждения с полюсными наконечниками в виде двух пар параллельньос пластин 2-5, в зазоре между которыми закреплен вертикально установленньв в керновых опорах 7 оси 8 поворотный ферромагнитный сердечник 9. Ось 8 имеет лыску с верхним ограничителем в виде буртика 10, на котором закреплен один конец ци.пиндрической пружины 11 , Другой ее конец закреплен на сердечнике 9, под которым размещена круглая ферромагнитная пластина 12 на резьбовой втулке 13 из немагнитного материала, имеющей возможность смещения вместе с пластиной 12 вдоль оси 8. Предлагаемый прибор имеет повышенную точность за счет получения линейной зависимости вращающего момента от величины измеряемого сигнала при одновременном снижении момента трения. 5 ил. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11 У (51)4 G 01 R 5 14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТФ(ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /4 (21) 4081615/24-21 (22) 06.05,86 (46) 23.03.88. Вюл. У 11 (71) Ульяновский политехнический институт (72) Д.М.Белый (53) 621.3 17.71 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 487352, кл. С 01 R 5/14, 1972.

Аналоговые злектроизмерительные приборы./Под ред. A.À.Èðåîáðàæåíñêîo. — Yi. . Высшая школа, 1979, с.132, (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИБОР (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании электроизмерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих в условиях отсутствия внешних механических воздействий. Электромагнитный прибор содержит катушку возбуждения с полюсными наконечниками в виде двух пар параллельн»»х пластин

2-5, в зазоре между которыми закреплен вертикально установленный в керновык опорах 7 оси 8 поворотный ферромагнитный сердечник 9. Ось 8 имеет лыску с верхним ограничителем в виде буртика 10, на котором закреплен один конец цилиндрической пружины 11.

Другой ее конец закреплен на сердечнике 9, под которым размещена круглая ферромагнитная пластина 12 на резьбовой втулке 13 и=- немагнитнога материала, имеющей возможность смещения вместе с пластино-» 12 вдоль оси 8, Предлагаемьй прибор имеет повышенную точность за счет получения линейной зависимости вращающего момента от величины измеряемого сигнала при одновременном снижении момента трения. 5 ил, 1383208

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании электроиз-. мерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих

5 в условиях отсутствия внешних механических воздействий.

Пель изобретения — повышение точности прибора эа счет получения линейной зависимости вращающего момента от величины измеряемого сигнала при одновременном снижении момента трения, На фиг,1 изображен электромагнитный прибор, вид сверху; на фиг.2 то же, спереди со стороны зазора: на фиг,3 — узел I на фиг.2; на фиг ° 4— сечение A-А на фиг,3; на фиг,5 — вид

Б на фиг.3. 20

Электромагнитный прибор содержит катушку 1 возбуждения, полюсные наконечники: внутренний, образованный параллельными пластинами 2 и 3, и внешний, образованчый параллельными 25 пластинами 4 и 5. Пластины 2-5 образуют между собой общую долевую щель (зазор) 6. В зазоре 6 между пластинами 2-5 закреплен вертикально установленный в керновых опорах 7 оси 8 по- .30 воротный ферромагнитный сердечник 9, частично находящийся под пластинами

2 и 3, частично под пластинами 4 и 5, замыкая магнитную цепь катушки 1, На оси 8 в середине зазора 6 между плас- >> тинами полюсных наконечников выполнен цилиндрический выступ (буртик) 10.

Ферромагнитный сердечник закреплен на оси 8 ниже буртика 10 с помощью надетой на ось 8 между буртиком 10 и сердечником 9, работающей на растяжение цилиндрической пружины 11, верхний торец которой прикреплен к буртику 10, а нижний — к плоскости ферромагнитного сердечника 9. Под ферромагнитным сердечником 9 параллельно ему размещена круглая ферромагнитная пластина 12, установленная на нижнем полюсном наконечнике 3 с помощью резьбовой втулки 13 из немагнитного материала, ввернутой в плас50 тину 3 и имеющей возможность смещения вместе с пластиной 12 вдоль оси 8.

На втулке 13 (фиг,5) для возможности поворота »а нижнем торце сняты высту55 пы под ключ. Ось 8 в месте расположения буртика 10 выполнена сварной для обеспечения возможности насадки ферромагнитного сердечника 9 на участок оси 8 с продольным срезом (лыской)

14 (фиг,4), В полости катушки 1 расположен магнитопровод 15.

Электромагнитный прибор работает следующим образом.

При подаче тока в катушку 1 возбуждения ферромагнитный сердечник 9 поворачивается в щелевом зазоре 6 между полюсными наконечниками, перекрывая воздушный промежуток между внутренним полюсным наконечником (пластины 2 и 3) и внешним (пластины

4 и 5), при этом ось 8 поворачивается в керновых опорах 7 по часовой стрелке (фиг,1), а угол поворота пропорционален квадрату измеряемого тока, причем в известных приборах чувствительность по углу поворота остается практически постоянной. В данной конструкции при подаче измеряемого тока происходит намагничивание двух ферромагнитных сердечников — поворотного 9 и регулировочной пластины

12, между которыми возникают силы отталкивания, увеличивающиеся при увеличении измеряемого тока (пропорционально квадрату тока). 3а счет этих сил одновременно с поворотом сердечника 9 происходит его подъем относительно оси 8. При этом изменяется соотношение зазоров по высоте между сердечником 9 и верхними и нижними пластинами 2-5 полюсных наконечников, причем при смещении сердечника 9 в осевом направлении к середине зазора 6 между полюсными наконечниками магнитная проводимость системы, а следовательно, и чувствительность прибора падают. Параметры ферромагнитной пластины 12 и сердечника 9, смещение сердечника 9 и зазор между ним и пластичами 12 могут быть подобраны так, что изменение (уменьшение) чувствительности прибора в процессе поворота сердечника 9 пропорционально величине измеряемого тока. Таким образом, в конечном ито

re угол поворота сердечника 9 пропорционален измеряемому току в первой степени.

Кроме того, эа счет взаимодействия сердечника 9 с пластиной 12 происходит подъем оси 8, а следовательно, и разгрузка керновых опор 7, позволяющая значительно снизить погрешность от момента трения. Параметры пластины 12 и зазор между ней и сердечником 9 регулируется так, чтобы

1383208 при максимальном значении измеряемого тока сила поднятия оси 8 достигла веса подвижной части прибора.

Угол поворота д. . подвижной части электромагнитного прибора определяется выражением

d = =-- Е2

1 2dI

2W dd (1) где W — удельный противодействующий момент;

I — ток н катушке 1;

I, — индуктивность катушки 1, зависящая от положения сердечника 9, .,Очевидно, что для изменения характера шкалы необходимо менять множиdL тель вЂ, т.е, закон изменения индуктивности с изменением угла поворота д. сердечника 9, или, что одно и то же, — закон изменения магнитной проводимости прибора с изменением угла поворота. При непрофилированном сердечнике 9 (фиг,2) множитель dL/d с/.

25 постоянен, естественно, что при профилированном сердечнике добиться полной линейности шкалы с помощью данной конструкции еще проще. Для того, что1 бы в выражении (1) угол поворота dбыл пропорционален току I, необходимо, чтобы dL/ЙА=К/Е, где К вЂ” коэффициент пропорциональности. Как следует из принципа работы предлагаемого прибора, передаточная функция dL/dd оп- 35 ределяется произведением трех передаточных функций: dF/dc, d h/dF, dL/d 6.

Первая передаточная функция равна отношению силы F взаимодействия (отталкивания), возникающей между ферромаг- 4О нитной пластиной 12 и сердечником 9 при подаче измеряемого тока Е. Как известно, эта сила пропорциональна квадрату тока dF/dd=K I . Вторая передаточная функция есть отношение 45 поднятия д ферромагнитного сердечника 9 к величине силы F: при линейной характеристике пружины 11 эта передаточная функция постоянна и равна К

Нетрудно найти, что третья передаточ- 50 ная функция dL/d4 должна быть равна

K>/ а . При этом, учитывая, что =

=К К I, получим произведение трех передаточных функций, требуемого вида

К/I. В этом случае характеристика 55 шкалы прибора линейная.

Магнитная проводимость G магнитной системы электромагнитного прибора, которая (аналогично индуктивности) в электромагнитных приборах определяет чувствительность по углу поворота, определяется полной проводимостью воздушного зазора 6 величиной 5 между верхним и нижним полюсными наконечниками. При этом С=Г,+С,, где Г, проводимость нижней части зазора 6 между нижним полюсным наконечником и сердеччиком 9; С вЂ” проводимость верхней части зазора между сердечником 9 и верхним полюсным наконечником. Как видно из фиг.2

К К

С = -- +--- (2) б — ь в где К и К вЂ” постоянные, зависящие от магнитной проницаемости и площадей перекрытия верхних и нижних полюсных наконечников (так как при непрофилированном сердечнике 9 при увеличении о увеличение площади перекрытия пропорционально cl, то G и соотнетственнс

L магнитной системы прямо пропорциональны d-). Решая (2) при К =К, получим

K5

G = (3) л (л-5)

Чем ближе ь к Я /2, тем ниже чувствительность, при 6 =Ь/2 чувствительность минимальна и равна 4К /8, при

6 - 0 чувствительность стремится к бесконечности.

Для получения линейной шкалы необходимо, чтобы передаточная функция

dL/dg=K/Д . Такая передаточная функция получается н случае, если G связано с ь соотношением С=К/g . Но сравнивая соотношение (3) для данного прибора и предыдущее (идеальное) соотношение между С и Ь, увидим, что при изменении н пределах, например, от 3 до 7 мм, эти соотношения практически не отличаются, Такие соотношения и должны быть ныбраны в конструкции, В начальном положении (при д.=О, сердечник 9 н нижнем положении) ь =3 мм, при максимальном измеряемом сигнале, т,е, максимуме о, сердечник 9 поднимается на полный рабочий ход пружины 11, равный 4 мм, и величина h, становится равной 7 мм, вся величина Я около 17 MM. Однако изменением профиля регулироночной пластины в сочетании с заданным профилем сердечника можно добиться практически любого характера шкалы прибора.

13832()8

Далее выбирают силу взаимодействия между сердечником и пластиной такой, чтобы при максимальном значении измеряемого тока эта сила была равна

5 весу подвижной части и полностью разгружала керновые опоры, уменьшая погрешность от трения. Такая регулировка осуществляется начальным поворотом втулки 13, т.е. выбором зазора между сердечником и пластиной (это окончательная регулировка после сборки прибора), предварительно выбор заданной силы осуществляется при конструировании прибора подбором толщины и материала регулировочной пластины. И, наконец, подбираются параметры пружины с определенной продольной жесткостью. Эта жесткость должна быть именно такой, чтобы при силе 2() взаимодействия между пластинами, равной весу подвижной части, пружина позволяла бы подниматься сердечнику полностью на величину Ь, равную 7 мм. (при максимуме измеряемого сигнала). 25

В испытуемом приборе вес подвижной части примерно равен 2 r.

Таким образом, предлагаемый электромагнитный прибор отличается высокой линейностью шкалы, малой погрешностью gp от момента трения в керновых опорах, а также воэможностью получения при необходимости различных довольно сложных функций измеряемого сигнала.

Такой прибор целесообразно использо35 вать в качестве контрольного, изолировав от продольных механических воздействий, например, применением амортизации (возможна также настройка пружины на гашение колебаний).

Формула изобретения

Электромагнитный прибор, содержащий магнитопровод с катушкой возбуждения и полюсными наконечниками в виде двух пар параллельных пластин, в зазоре между которыми размещен поворотный ферромагнитный сердечник на вертикальной оси с керновыми опорами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен круглой ферромагнитной пластиной с центральным отверстием, цилиндрической пружиной растяжения и немагнитной резьбовой втулкой, при этом ось выполнена с лыской с верхним ограничителем, расположенным в центре зазора между полюсными наконечниками, концы цилиндрической пружины закреплены соответственно на верхнем ограничителе лыски и на ферромагнитном сердечнике, форма осевого отверстия которого совпадает с внешней поверхностью оси с лыской, а круглая ферромагнитная пластина размещена параллельно ферромагнитному сердечнику на резьбовой втулке, которая расположена на оси, на нижнем полюсном наконечнике и выполнена с возможностью осевого перемещения.

1383208 фиг.5

Составитель С,Шумилинская

Редактор Н.Тупица Техред А.Кравчук Корректор И. Эрдейи

Заказ 1289/40 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4