Устройство для измерения сил контактного нажатия в герконах

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.03.74 (21) 2007581/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано15.07.76. Бюллетень № 26 (45) Дата опубликования описания 06.10.76 (1a) 521552

1

I (51) M. Кл.

G 05 В 23/02

Н 01 Н 11/04

Государственный номитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и PTKpb3THH (53) УДК 621.318..56 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Ф. Удалов, А.Ф. Нилов и А.С. Белых (71) Заявитель

Рязанский радиотехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ КОНТАКТНОГО

НАЖАТИЯ В EPKOHAX

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при конструировании и производстве магнитоуправляемых контактов (герконов), широко применяемых во многих отраслях современной техники.

Основное назначение магнитоуправляемого контакта — обеспечить низкое сопротивление при замыкании, которое в основном зависит от силы нажатия контактных пластин друг на друга, когда геркон замкнут внешним магнитным полем.

Известно устройство для измерения силы контактного нажатия (СКН), состоящее из тензодатчика, индикатора и источника пита- 15 ния. Для измерения СКН с помощью этого устройства в стеклянном баллоне геркона необходимо сделать отверстие, чтобы тензодатчик мог непосредственно касаться контактной пластины 11 ) 20

Известно устройство для измерения СКН; состоящее из микроскопа для измерения зазора между контактами, осциллоскопа для измерении частоты собственных колебаний контактных пластин и флюксметра для определения величины магнитного потока в контактных пластинах геркона j2) . С помощью этого устройства косвенным путем определяют величину магнитной силы притяжения между контактами, величину упругой силы контактных пластин и по известной математической формуле определяют силу контактного нажатия между пластинами.

Недостатками устройства для измерения силы контактного нажатия с помощью тензодатчика являются разрушение контролируемого обьекта- пропиливание отверстия в баллоне геркона; попадание частиц стекла при пропиливании отверстия в баллоне в область зазора между контактными пластинами, что приводит к ложному измерению СКН; большие затраты времени на измерение СКН.

Недостатками устройства для измерения

СКН косвенным путем являются совокупность большого числа приборов (микроскопа, осциллоскопа, флюксметра), входящих в состав устройства; большие затраты времени на измерение многих параметров герко521552 на и проведение математическИх расчетов по вычислению СКН; высокая погрешность при измерении СКН (не менее 25 %).

С целью уменьшения количества стандартных приборов, входящих в состав устройства, снижения затрат времени на измерение СКН, уменьшения числа операций при измерении СКН и увеличения точности измерения СКН, а также исключения разрушения контролируемого объекта, предлагаемое ус1 р ройство состоит из источника магнитного поля, задатчика эталонной механической силы и блока регистрации равенства эталонной силы и силы контактного нажатия.

Источником магнитного поля могут служить катушки Гельмгольца, в центре которых помещаетса геркон.

Задатчик эталонной механической силы может быть выполнен в виде электромеханического узла, причем выход его соединен с щ блоком регистрации равенства эталонной силы и сиаы контактного нажатия, состоящим иэ электронного тахометра, усилителя, дискриминатора, триггера, связанного со входом исполнительного устройства, а вход соединен с блоком автоматики и исполнительным устройством.

Устройство позволяет измерять автоматически силы контактного нажатия путем компенсации их центробежными силами инерции, действующими на замкнутые контактные пластинки геркона при соответствующем его вращении.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема электромеханического узла предложенного устройства; на фиг. 2 — геркон с обозначением основных размеров; на фиг. 3 - действие центробежных сил инерции на контактдетали геркона; на фиг. 4 - блок-схема предложенного устройства. 40

Электромеханический узел устройства содержит электродвигатель 1, укрепленный в цилиндрическом бронзовом стакане 2 с от верстием О. в опорной части, который крепится торцом к катушкам Гельмгольца 3 45 так, что ось электродвигателя совпадает с осью катушек Гельмгольца.

На валу электродвигателя 4 крепится бронзовый цилиндр 5, в котором выполнены поперечное отверстие б и в верхней час- 59 ти продольное отверстие 4 для геркона 6.

Средняя часть цилиндра 5 укреплена в подшипнике 7. Через воронку 8, расположенную в каркасе верхней катушки Гельмгольца, геркон 6 опускается в отверстие 4 . Система 55 устанавливается так, чтобы цилиндр 5 с герконом располагались вертикально.

При замыкании или размыкании геркона во вторичной катушке 9 возникает индукционный сигнал. 60

Рассмотрим те физические параметры типовых герконов, которые позволяют измерять достаточно точно СКН с помощью данного задатчика эталонной силы.

Вместе с этим рассмотрим физические условия, создаваемые задатчиком эталонной силы, которые необходимы для измерения

СКН.

Обозначим основные размеры геркона (см. фиг. 2) — длина каждого контакта внутри баллона, — область перекрытия контактов - участки замыкания, 3 — ширина контактов, d - толщина контактов, Х вЂ” зазор между контактами.

Для известнык герконов

x(d 0 ) Д (0,04.

Для измерения СКН геркон помещают в отверстие, замыкают его контакты полем катушек 3 и приводят его плавно во вращательное движение электродвигателем

1 вокруг собственной оси 00 или параллель

I ной ей оси 00.

Участки контактов (1 ) внутри баллона геркона обладают центрами инерции С 1 и

С (cM. фиг. 3).

При вращении геркона возникают центробежные силы инерции 11 и f, которые приложены к точкам С и С и направлены вдоль соответствующих радиусов вращения 1 и I . Вместо замкнутых контактов рассмотрим движение их поперечных сечений S, в области которых лежат цен1 ры инерции С и С 1

Сечения совершают плоское движение вок(1 ° «М руг оси 00 ll — нормаль к плоскости

У замыкания контактов. Для многих герконов сечения контактов — прямоугольники, как в рассматриваемом случае, или имеют другую правильную форму. Для данных контактов йз однородного металла С и С располагаются посредине их толщины. Расстояние между С и С 2 равно d

Из фиг.3 чв

f1 11) 2, Щ1ъу где < - угловая скорость движения геркона вокруг оси, m — та часть массы контакта, котораа эффективно участвует в движении только при размыкании или замыкании геркона.

)Я /1. (Е) где Ч вЂ” объем контакта (участка 1 ), У вЂ” плотность металла.

На фиг. 3 видим, что контакты могут разомкнуться под действием сил 5 и f, ео521552

5 ли 4f = f cosaL -1 соье(.

1 1. 2. ? достаточно большая величина, Определим А 1 с учетом формул (1) о 1 1 со5о ) ° (3) 2.

Из фиг. 3 следует

2 c

1 Х 2.

Из формул (3) и (4) находим ъ

zf =m(o й. (4) 10 (s) -F + F +Р,+ cos< =О (6) 1 1

« » -4» (7) +f сОЗОС = О м u 1 2 35 уравнения (6) уравнение (7), Вычитая из находим

F + Fu Р ° (8)

При увеличении ® можно получить усло- 40 вие

f(2, af, = F„. (9)

В этом случае геркон разомкнется, ибо из равенств (8) и (9) получаем

У 70=0 (10)

Условие (10) выполняетса только дла разомкнутых контактов. 59

Из уравнений (5) и (9) находим:

F i/2 жш d

Ъ > 7 (11) — угловая скорость геркона в момент его размыкания (при плавном yserm 55. чении ) . фв

Таким образом, для определения У, необходимо измерить ю, Это можно осуществить с помощью представленного электромеханического узла (см. 6О

Из формулы (5} следует, что величина

h f не зависит от У и 1, а зависит от

m и тп, При этом необходимо выполнение 1р условия параллельности осей 00 и о0. Не1 точность впайки контактов в баллоне, дефекты баллона могут создать непараллельность

g осей 00 и 00. Но при серийном изготовлении герконов эти неточности и дефекты доотаточно малы и практически не влияют на точность измерений 4, Изгибы контактов при замыкании тоже очень малы в связи с малостью зазора, что практически можно не учитывать при определении ь . Найдем со- р отношение между Л; при вращении гепкона и силами: магнитной г „„, упругой Рц и

СКН У„, которые действуют на любой иэ замкнутых контактов.

Для данных контактов запишем уравнения З0 сил фиг. 1 ) и соответствующих электронных узлов, общая блок-схема которых дана на фиг. 4.

По достижении ® величины + геркон размыкаетса и тем самым создает вокруг себя изменение магнитного потока, что вызывает ЭДС индукции в катушке 4 (см.фиг.1).

Е =-д Ф/сИ.

Сигнал Е и сигналы помехи поступают в усилитель 10, а затем на дискриминатор 11, который выделяет только полезный сигнал и пропускает его на триггер 12 (см. фиг. 4).

Триггер запускает исполнительное ус ройство 13, реле которого выключает в электромеханическом узле 14 питание электродвигателя 1, и ur начинает уменьшаться.

Таким образом, при очень плавном достижении величины LO> практически мгновенно выключается вращение геркона. Плавность увеличения сю осуществлается с помощью блока автоматики 15, медленно увеличивающего напряжение питания электродвигателя 1. ц измеряется с помощью электронного тахометра 16 по его стрелочному прибору. Максимальное отклонение стрелки соответствует . Импульсы на тахометр поступают с фотодиода 17 (см. фиг. 1), На фотодиод падают световые. сигналы от лампочки 18 через отверстие в цилиндре 5.

Один поворот цилиндра дает два световых сигнала на фотодиод.

Шкала измерительного прибора тахомет ра градуируется в единицах силы 7 на основе формулы (11), что дает возможность непосредственно измерять силу контактирующего нажатия контактных пластин.

Формула изобретения

Устройство для измерения сил контактного нажатия в герконах, содержащее источник магнитного поля, задатчик эталонной механической силы и силы контактного нажатия, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения неразрушающего контроля и снижения времени измерения, эадатчик эталонной силы содержит электродвигатель с переменной скоростью вращения, на валу которого расположен узел для крепления геркона, а указанный блок регистрации содержит индикатор размыканиа геркона и тахометр для определения скорости вращения электродвигателя, при которой произошло размыкание геркона.

Источники информации, принятые во вни» мание при экспертизе:

521552

1. Клейн Э.А. и др. "Тензометрический измеритель малых давленйй, Труды НИИТС, № 16, 1969.

2. В1а41о и К.V-,Est, та1 пу Sea1ed Reed Сantact Томасеs,Belt. Labs,.Rec., ¹ 5,+4,1966

0 gl

521552

Составитель А. Умеренков

РедантоР I ° Мозжечкова Техред А. Богдан Корректор Й. Мелыщченко Заказ 48791516 И,д.,ф Тираж 1029 Поднисиое

ЫНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по дедам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4