Способ измерения сил магнитоупругим преобразователем

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при измерении сил магнитоупругими преобразователями. Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени измерения. Запитывают намагничивающую обмотку 6, расположенную в отверстиях 2,3 преобразователя 1, переменным током прямоугольной формы. Градуировку и рабочие измерения выходного сигнала обмотки 7 производят при двух значениях индукции в сердечнике преобразователя 1. Измерения проводят в пределах одного полупериода изменения выходного напряжения преобразователя. Измеряют амплитудное значение U<SB POS="POST">1</SB> или U<SB POS="POST">1P</SB> выходного напряжения, соответствующее минимальному значению магнитной индукции, и значение выходного напряжения U<SB POS="POST">2</SB> или U<SB POS="POST">2P</SB> в конце или в начале полупериода, когда магнитная индукция близка к своему максимуму. По значениям градуировочных характеристик U<SB POS="POST">1</SB>(F) и U<SB POS="POST">2</SB>(F) по формуле U<SB POS="POST">3</SB>=2U<SB POS="POST">2</SB> - U<SB POS="POST">1</SB>K, где K - отношение средних значений напряжений U<SB POS="POST">2</SB>(F) к U<SB POS="POST">1</SB>(F) в диапазоне измерения, рассчитывают третью градуировочную характеристику U<SB POS="POST">3</SB>(F). При рабочем измерении по напряжению U<SB POS="POST">3P</SB>=2U<SB POS="POST">2P</SB>-U<SB POS="POST">1P</SB>K из градуировочной характеристики U<SB POS="POST">3</SB>(F) находят измеряемую силу. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) (51) 5 С 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР

1 (21) 4408797/24-10 (22) 12.04.88 (46) 30.01.90. Бюл. Р 4 (71) 1Ъоменский индустриальный институт им. Ленинского комсомола (72) М.И. Столбун (53) 531.781(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У .1224619, кл. G 01 L 1/12, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Р 1272129, кл. G 01 L 1/12 ° 1984.

2 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ МАГНИТОУПРУГИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к сйлоизмерительной технике и может быть использовано при измерении сил магнитоупругими преобразователями. Цель изобретения — повышение точности и уменьшение времени измерения. Записывают намагничивающую обмотку 6, расположенную в отверстиях 2, 3 преобразователя 1, переменным током

1539546

10

Путем простейшей аппроксимации реальные вебер-амперные характеристики участков сердечника магнитоупругого преобразователя представим ломанными линия>!и.

На фиг. 3 в координатах мгновенных значений магнитных напряжений и потоков показаны вебер-амперные характеристики плеч моста, приведенного на фиг. 2. Характеристику 9 имеют все плечи моста при градуировке, если действующая на преобразователь сила равна нулю. При этом в каждом плече моста поток равен 0,5.

Намагничивающая обмотка создает, замыкающийся вокруг отверстий 2 и 3 (фиг. 2) магнитный поток, мгновенное значение которого

9 = P» + Ру . где (Р» - магнитный поток в горизонтальных участках сердечника, расположенных между отверстиями 3, 5 и 2, 4;

56

Ч „- магнитный поток в вертикальных участках сердечника, расположенных между отверстиями 3, 4 и 2, 5.

Под действием силы F магнитное сопротивление вертикальных участков увеличивается. При этом магнитный поток(перераспределяется между гопрямоугольной Формы. Градуировку и рабочие измерения выходного сигнала обмотки 7 производят при двух значениях индукции в сердечнике преобразователя 1. Измерения проводят в пределах одного полупериода изменения выходного напряжения преобразователя.

Измеря(от амплитудное значение П или

U(р выходного напряжения> соответст вующее минимальному значению магнитнои индукции, и значение выходного напряжения Uq или Uq, в конце или s

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть исполь-— зовано при измерении сил магнитоупру- 20 гк(и преобразователями.

Цель изобретения — повьппение. точности и уменьшение времени измерения.

На фиг. 1 показана схема магнитоупругого преобразователя; на фиг.2— схема замещения его магнитной цепи в виде магнитного моста; на фиг. 3 вебер-амперные характеристики.

Магыитоупругий преобразователь (фиг. 1) имеет воспринимающий измеря- 30 емую силу F сердечник 1 в виде пакета ферромагнитных пластин, в центральной части которого имеется четыре отверстия 2, 3, 4, 5 для двух взад но пер пендикулярных .обмоток, Намагничивающая обмотка 6 питается переменным током нри стабильном напряжении на ее зажимах. С выходной (сигнальной) обмотки 7 снимается напряжение, зависящее от силы F. Выходное напряже- 40 ние измеряется прибором 8. начале полупериода, когда магнитная индукция близка к своему максимуму.

По значениям градуировочных характеристик U((F) и Uy(F) по формуле

U = 2Uq- U(К, где К вЂ” отношение средних значений напряжений Uq(F) к U((F) в диапазоне измерения, рассчитывают третью градуировочную характеристику U (F) При рабочем из" мерении по напряжению U»= 2Удр — U ð К из градуировочной характеристики

Uq(F) находят измеряемую силу. 3 ил. ризонтальными и вертикальными участками сердечника, расположенными между отверстиями для обмотки.

На фиг. 2 в измерительную диагональ моста включен элемент, сопротивление которого Е((эквивалентно сопротивлению участков, по которым проходит поток Р, сцепленный с выходной обмоткой. Плечи моста с сопротивлением Е,(явлются активными, т.е. воспринима(ощими измеряемую величину.

Сопротивление 7((зависит от силы Р, действующей на магнитоупругий преобразователь. Плечи моста, сопротивление которых обозначено через Z> являются компенсационными.

Под действием силы F сопротивление

Z((активного плеча увеличивается и

его вебер-амперная характеристика принимает вид 10 при градуировке или

11 при рабочем измерении, если есть погрешность. Допусти(, что изменение магнитного состояния активного плечаl под действием силы F совершается в два этапа. В начале при потоке в ллеъ

5 1539546 6 че, равном 0,5 от точки 12 к точке 14 при градуировке или 16 при рабоI

13 или 15. Затем, на втором этапе, чем изм ер ен ии. вследствие увеличения сопротивления Фиг. 2, 3 и описанная модель изплеча ЕЧ, поток Рч уменьшается, à 5 менения магнитного состояния активпосле завершения второго этапа, со- ного плеча под действием силы Р постояние плеча характеризуется точкой зволяет записать

= 0

Ч (Z Ч SF 4 ) 2 (Ч g) 2

Пх(Z + бх) — + (Rx + „) и = к р

+g = Р,+ Р, 20 где U» U» Ц пенсационного плеч моста, возникающие вместе с погрешностью»

Предлагаемый способ измерения основан на зависимости дифференциального манитного сопротивления ферромагнитного тела, находящегося в поле катушки с током и под действием других сил электромагнитной нли неэлектромагнитной природы, от числа этих сил.

I ь

» Х изменения соответственно сопротивления плеч моста Z „

Zy и чувствительности S при Ф» = 9> =

= 0,5 Р по причинам, вызывающим погрешность; добавочные дифференциальные сопротивления активного и комь„,ь„,ь, магнитные напряжения активного и компенсационного плеч и измерительной диагонали моста; поток в измерительной диагонали моста при градуировке; часть потока Р в измерительной диагонали моста, соответствующая погрешности; статическое сопротивление плеча при градуировке при F =

0 при ч =Я „= 0,5; дифФеренциальные сопротивления активного и компенсационного плеч соответственно; сопротивление измерительной диагонали моста; чувствительность активного плеча к измеряемой сипе F при Чч = 0,5ô, Под силами в данном случае принимаются механические напряжения, изменение температуры, магнитные напряженности посторонних магнитных полей и все другое, что приводит к изменению магнитного сопротивления ферромагнитного тела.

По принятой здесь модели преобразования при появлении сил, которые отсутствовали при градуировке, возникают добавочные дифференциальные сопротивления у„и „. При наличии

45 основной силы появление ещ од ой иной ипи той же природы, но приложенной к сердечнику преобразователя в другом месте ипи другим способом, обусловливает новое состояние ферромагнитного тела, которое невозможно воспроизвести за счет изменения основной силы.

Для данного анализа зависимость

Rg, R> от F и влияющих величин не имеет значения. Специально выделены добавочные дифференциальные сопротивления „, Х, которые возникают вместе с прйРащениЯми АЧ, Ьз F, б х статических сопрот ылений при появлении

1539546

50 добавочной силы, т. е. при изменении какой-либо влияющей величины по сравнению с ее значением при градуировке.

Добавочные дифференциальные сопро5 тивления (Ikt „, g„) возникают, когда влияющие в еличины изменяют ра спр еделение удельного сопротивления в сердечнике, вносят дополнительную неоднородность в это распределение. 10

Лабораторные исследования, приведенные на преобразователе с сердечником из электротехнической стали марки ЭЗЗО показали, при малом, например при нулевом, значении индукции 15 в диагональном сечении сердечника между отверстиями для намагничивающей обмотки дополнительное изменение дифференциального сопротивления не воз.никает. При этом „и „ равны нулю, 20 а погрешность вдвое больше, чем при большем (более 1,5 Тл) значении индукции. Эта экспериментально установленная связь между магнитной индукцией и погрешностью положена в основу спо- 25 соба измерения сил.

Способ осуществляется следующим образом.

Запитывают преобразователь переменным током прямоугольной формы. Снима- 30 ют градуировочные характеристики

U (Г) и V<(F) и рассчитывают третью градуировочную характеристику Ug(F), значение которой определяются из следующего выражения. 35

П = 2Ug — U<.К (2) ,;где Б, — наибольшее значение выходного напряжения в интервале всего полупериода его измерения (при заданной силе F); 40

Uq — наибольшее значение выходного напряжения в начальной части, например в первых

15Х. полупериода, когда индукция близка к своему мак- 45 симальному значению;

К вЂ” отношение среднего значения. Uq(F) к среднему значению Uq(F) в диапазоне измерения.

При прямоугольной форме кривой напряжения. намагничивающей обмотки форма напряжения выходной обмотки, как показал эксперимент существенно отличается от прямоугольной. Поэтому выходной сигнал Ug или Uqp зависит от того насколько момент его измерения отстоит от начала полупериода.

При этом U P Ug

Поскольку величина К определена как отношение среднего значения

U (F) к среднему значению V (F) в диапазоне измерения

U,Ê йUq, Пъ UrL, При рабочем измерении измеряется обозначенное через L ние выходного напряжения в течение всего полупериода его изменения.

Максимуму выходного напряжения соответствует нулевое или близкое к нулевому значению магнитного потока Р.

При малых значениях потока равны нулю добавочные сопротивления и уменьшение погрешности sa счет этих сопротивлений не происходит, вследствие чего выходной сигнал Uq> содержит полную погрешность магнитоуправляемого преобразователя, Таким образом

ПАР UI + ю (4) где U, — значение градуировочной характеристики U (F) при силе Р, равной измеряемой силе при рабочем измерении;

5 — полная погрешность магнитоупругого преобразователя.

Второе измерение выходного напряжения делается в начале полупериода.

При этом сигнал Uqp при рабочем измерении, как и сигнал Uq при градуировке, измеряется при индукции между отверстиями для намагничивающей об мотки, превышающей 1,5 Тл. При такой индукции погрешность наполовину скомпенсирована за счет появления добавочных сопротивлений », ф„. Выходное напряжение при втором измере» нии равно

П,р =П, +6, (5) где Uy — значение градуировочной характеристики U (t-) при силе F равной измеряемой силе при рабочем измерении;

Aq- остающаяся погрешность преобразователя.

Подставляя в формулу

"зр= 2" ар " рК (6) значения U

Пэр = Б + (20 1 - А К)э которое с помощью (2) преобразуем к виду

1539546

11 р - 1, + (2d, -Л,К)

Рассматривая 5» как мультипликативную погрешность, в соотвтствии с (3), считаем величину h»K полной погрешностью, которая содержалась бы в Uq при равенстве нулю и „ .

Напряжение измеряется при индукции, превышающей 1,5 Тл, при которой остающаяся погрешность, 5 приблизитель10 но вдвое меньше полной погрешности, равной и К. Поэтому

26 = 5 К О, а величина Usp, в отличие от U1р и

Uep> практически не содержит погреш- -. ности и не отличается от Уз. Таким образом по напряжению U> из градуировочной характеристики

Ug (F) находят измеряемую силу.

Формула изобретения !

Способ измерения сил магнитоупругим преобразователем, заключающийся в том, что снимают градуировочные характеристики при двух значениях магнитной индукции в сердечнике преобразователя, а затем прикладывают измеряемую силу и измеряют выходные 30 сигналы при тех же соответственно двух значениях магнитной индукции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени измерения, при каждом значенчи эталонной или измеряемой силы измерения выходных сигналов при градуировке или при рабочем измерении производят в пределах одного полупериода изменения выходного напряжения преобразователя, измеряя амплитудное значение выходного напряжения, соответствующее минимальному значению магнитной индукции, и значение выходного напряжения в конце или в начале полупериода по истечении 10-15Х его времени, причем по значениям первых двух градуировочных характеристик U и Ugno формуле U = 2Ug — U К рассчитывают третью градуировочную ха-, рактеристику Ug, которую запоминают вместе со значением К, а при рабочем измерении по напряжению

=20 ар — П»р К из градуировочной характеристики U находят измеряемую силу, где К вЂ” от,ношение среднего значения Ue к среднему значению U» в диапазоне измерения, U»p, U p — значение выходного ,напряжения в конце или в начале его полупериода при рабочем измерении.

1539546 фуад. 3

Составитель В. Рорн

Техред Л.Сердюкова Корректор В. Кабацнй

Редактор И. Товтин

««ф « «Ю

Заказ 208 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101