Магнитоупругий датчик усилий

Авторы патента:

E21B44 - Системы автоматического управления или регулирования процессом бурения, т.е. самоуправляемые системы, осуществляющие или изменяющие процесс бурения без участия оператора, например буровые системы, управляемые ЭВМ (неавтоматическое регулирование процесса бурения см. по виду процесса; автоматическая подача труб со стеллажа и соединение бурильных труб E21B 19/20; регулирование давления или потока бурового раствора E21B 21/08); системы, специально предназначенные для регулирования различных параметров или условий бурового процесса (средства передачи сигналов измерения из буровой скважины на поверхность E21B 47/12)

Изобретение относится к контролю и управлению процессом бурения и предназначено для измерения аксиальных и радиальных усилий в узлах горных машин. Цель изобретения - повышение чувствительности датчика и точности измерений за счет перераспределения магнитных потоков. Датчик включает в себя магнитопровод (МП) 1, чувствительные элементы 7 из магнитоупругого материала, измерительную 6, возбуждающую 3 и компенсирующую 4 обмотки , намотанные на каркасы. При этом МП 1 выполнен в форме полого тора, внутри которого размещены обмотки 3, 4 и 6. Обмотки 3 и 4 намотаны на первом каркасе и отделены от обмотки 6 чувствительными элементами 7. Обмотка 6 намотана на втором каркасе. При отсутствии нагрузки магнитная проницаемость чувствительных элементов 7 низка относительно магнитной проницаемости МП 1. Основной магнитный поток индуцируется током обмотки 3. Магнитный поток замыкается по МП1. При воздействии внешних сил на чувствительные элементы 7 их магнитная проницаемость возрастает. Магнитный поток перераспределяется между МП t и чувствительными элементами 7. При этом изменяется ЭДС в обмотке 6 пропорционально воздействию внешних сил. 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 44/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4625665/03 (22) 26.12.88 (46) 07.04.91. Бюл, М 13 (71) Научно-исследовательский и проектноконструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом (72) Б.Ф. Брюхов, Ю.Ф; Шалашов, Ю.В. Локтионов и Г.Д. Воропаев (53) 622.24:681. 17(088.8) (56) Аирапетов Б.А., Андрианов В.Д., Веремейкин Б.Л. и др, Контроль параметров процесса бурения. вЂ” М.: Недра, 1983, с. 128.

Авторское свидетельство СССР й. 1161696, кл. Е 21 В 44/00,.1985. (54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ (57) Изобретение относится к контролю и управлению процессом бурения и предназначено для измерения аксиальных и радиальных усилий в узлах горных машин. Цель изобретения вЂ” повышение чувствительности датчика и точности измерений за счет перераспределения магнитных потоков.

5U„, 1640380 А1

Датчик включает в себя магнитопровод (МП) 1, чувствительные элементы 7 из магнитоупругого материала, измерительную 6, возбуждающую 3 и компенсирующую 4 обмотки, намотанные на каркасы. При этом

МП 1 выполнен в форме полого тора, внутри которого размещены обмотки 3, 4 и 6. Обмотки 3 и 4 намотаны на первом каркасе и отделены от обмотки 6 чувствительными элементами 7. Обмотка 6 намотана на втором каркасе. При отсутствии нагрузки магнитная проницаемость чувствительных элементов 7 низка относительно магнитной проницаемости МП 1. Основной магнитный поток индуцируется током обмотки 3. Магнитный поток замыкается по МП1. При воздействии внешних сил на чувствительные элементы 7 их магнитная проницаемость возрастает. Магнитный поток перераспреде яется между МП 1 и чувствительными элементами 7. При этом изменяется ЭДС в обмотке 6 пропорционально воздействию внешних сил. 4 ил.

1640380

Изобретение относится к устройствам контроля и управления процессом бурения, а именно к измерению осевого усилия на долоте в станках вращательного бурения.

Целью изобретения является повышение чувствительности датчика и точности измерений за счет перераспределения магнитных потоков.

На фиг. 1 изображен датчик для измерения аксиальных сил; на фиг. 2 вЂ” датчик для измерения радиальных сил; на фиг. 3 вЂ” распределение магнитных потоков в магнитопроводе; на фиг. 4 вЂ” зависимость ЭДС катушек от усилия, приложенного к датчику, Магнитоупругий датчик усилий содержит магнитопровод 1, выполненный в форме полого тора произвольного сечения и выполняющий роль корпуса, в котором расположена на каркасе 2 возбуждающая 3 и компенсирующая 4 обмотки, на каркасе 5 измерительная обмотка 6, которая отделена от возбуждающей 3 и компенсирующей 4 обмоток чувствительными элементами 7, выполняющими роль переменного, в зависимости от усилий, магнитного шунта. Измерительные элементы 7 способны воспринимать нагрузки Р от внешних элементов конструкции какого-либо агрегата.

Датчик работает следующим образом.

При отсутствии нагрузки магнитная проницаемость чувствительных элементов

7 равна,и, и низка относительно магнитной проницаемости магнитопровода 1. Магнитная проводимость чувствительных элементов 7 также относительно низка, основной магнитный поток Фо, индуцированный током возбуждающей обмотки 3 течет по магнитопроводу (фиг. За), шунтирующее .действие чувствительных элементов 7 сказывается незначительно и в измерительной обмотке 6 наводится ЭДС ÿ . При воздействии внешних сил на чувствительные элементы 7 (фиг. Зб) магнитная проницаемость ,и последних растет, растет их магнитная проводимость,, магнитный поток

Фо перераспределяется между внешней частью магнитопровода 1 и чувствительными элементами 7..ЭДС, индуцированная разностью магнитных потоков Ф1 вЂ” Фг в измерительной обмотке 6, изменяется пропорционально зависимостиp =f>(F) и может стать равной нулю или поменять знак, если

Ф >Ф1.

Для получения линейной характеристи5 ки a=a(F) служит компенсирующая обмотка

4, включаемая встречно с измерительной обмоткой 6. Характеристики e=f(F) показаны на фиг. 4, где е вЂ” ЭДС компенсирующей обмотки 4, независимая от приложенных

10 усилии, e> вЂ” ЭДС измерительной обмотки 6 и е вЂ” суммарные ЭДС встречно включенных измерительной 6 и компенсирующей 4 обмоток.

Магнитоупругий датчик для измерения радиальных усилий содержит также магнитопровод 1 в форме полого тора, однако оси чувствительных элементов 7 ориентированы вдоль направления действия сил. Такой датчик может найти применение для непосредственного измерения усилий в телах качения.

Достоинством датчика является его технологичность производства и сборки, так как в нем присутствует лишь три обмотки нэ

25 двух каркасах, магнитопровод одновременно служит корпусом датчика, небольшое количество паянных соединений, все измерительные стержни одной длины. Перечисленные преимущества удешевляют

30 изготовление и сборку датчиков, позволяют добиться высокой повторяемости их характеристик.

Формула изобретения

Магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод с размещенными в нем чувствительными элементами, а также измерительную компенсирующую и возбуж-, дающую обмотки, HBMDTBHHblE на каркасы, 40 отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений за счет перераспределения магнитных потоков, магнитопровод выполнен в виде полого тора, внутри которого размеще45 ны два кольцеобразных каркаса. на первом из которых намотана компенсирующая и возбуждающая обмотки, а на втором вЂ” измерительная обмотка, причем чувствительные элементы размещены между каркасами.

1640380

Редактор М.Бланар

Заказ 1006 Тираж 368 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

Фиг. 3

Фиг 4

Составитель Л.Виноградов

Техред M.Mîðãåí Tàë Корректор И.Муска

Похожие патенты:

Буровая установка // 1640351

Сигнализатор осевой нагрузки на долото // 1633101

Способ управления буровым агрегатом и устройство для его осуществления // 1629508

Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить производительность бурового агрегата за счет сокращения времени поиска оптимальных управляющих сигналов и устранения заклинивания инструмента при его забуривании

Механизм подачи буровой машины // 1615357

Изобретение относится к горной промышленности

Способ регулирования процесса вращательного бурения горных пород // 1613592

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить эффективность бурения за счет уменьшения износа породоразрушающего инструмента

Автоматическая система для регулирования степени очистки бурового раствора // 1613569

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин

Устройство определения положения соединения труб // 1609982

Изобретение относится к автоматизации процесса бурения

Система для идентификации нефтепромысловых труб // 1607484

Бурильный агрегат // 1606648

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения шпуров шахтными бурильными установками

Способ регулирования дифференциального давления в процессе бурения // 1605630

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность поддержания оптимальной плотности бурового раствора путем воздействия химическими реагентами

Способ регулирования электропривода регулятора подачи долота // 2108456

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин

Способ передач информации о параметрах режима бурения и управления гидравлическими забойными двигателями и устройство для его осуществления // 2114304

Изобретение относится к добыче нефти и газа и может быть использовано при контроле параметра режима бурения и автоматическом его регулировании

Способ измерения физического параметра, связанного с движением бурильной головки, в процессе бурения и устройство для его осуществления // 2120032

Изобретение относится к автоматизации бурения нефтяных скважин и позволяет обеспечить оптимизацию процесса бурения путем непосредственной его регулировки в каждый момент времени в зависимости от измеряемых параметров, характеризующих движение бурильной головки

Способ управления направленным бурением наклонных скважин и устройство для его осуществления // 2123108

Изобретение относится к добыче нефти и газа и предназначено для проведения бурения наклонно направленных скважин, где бурение производится с помощью забойных двигателей: турбобуров или винтовых

Способ регулирования оптимальной осевой нагрузки на долото при бурении скважин // 2124125

Изобретение относится к контролю и измерению параметров в процессе бурения нефтяных и газовых скважин

Устройство для контроля натяжения движущегося гибкого тягового органа длинноходовой насосной установки // 2128287

Изобретение относится к области измерений натяжений гибких движущихся тяговых органов и может применяться в нефтяной промышленности, в области эксплуатации грузоподъемных транспортных устройств и в других отраслях

Автономный забойный регистратор силовых параметров // 2131973

Изобретение относится к буровой технике, в частности к автономным техническим средствам контроля забойных параметров, и может найти применение для регистрации продольной и поперечных сил и крутящего момента, действующих на колонну бурильных труб в компоновке низа бурильной колонны над буровым долотом в процессе бурения ствола скважины

Автономное забойное устройство для измерения силовых параметров // 2131974

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для измерения силовых параметров в колонне бурильных труб,в том числе и над долотом

Скважинный инструмент // 2153057

Изобретение относится к области бурения скважин и представляет скважинный инструмент для приложения осевой нагрузки к удлиненному телу, расположенному в стволе буровой скважины, образованной в подземной формации, содержит по меньшей мере одно установленное с возможностью вращения тело, снабженное множеством валиков, способных радиально перемещаться к стенке ствола буровой скважины при выбранном контактном усилии между валиком и стенкой ствола буровой скважины

Буровая установка // 2170324

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к устройствам для регулирования осевой нагрузки на буровой инструмент в процессе бурения