Преобразователь механических усилий в электрический сигнал

 

Союз Советскнх

Соцнапнстнческнх

Республнк (и) 606117 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5!) М. Кл. (22) Заявлено 31.12,7 5 (2! )2307 673/18-1

Я Ol Ь 1/12 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 05,05.78, Бюллетень №17 (45) Дата опубликования описания 14.04.78 (53) УДК 531. 781 (088.8) В. М. Касаткин, Н, И, Панюшкин, М, М. Стронгин, В. A. Турков и А. N. Хазен (72) Авторы иэобретения

Институт механики Московского государственного университета им, М. B. Ломоносова (7)) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ

Изобретение относится к измерителям механических усилий и может найти применение во многих областях промышленности, в частности в горном деле дпя измерения осевой нагрузки на долото в процессе бурения. 5

Известны разпичные преобразователи механических усилий в электрический сигнал: тензометрические, пьезоэлектрические, индукционные(1).. К недостаткам этих Ilppобразоватепей относятся высокая надежность,lO обусловленная электрической связью с деформируемым телом, ограниченный динамический диапазон, мапая чувствительность.

Наиболее бпизким по технической сушности к предпоженному является преобразо- 15 ватель механических усилий в эпектрический сигнап, содержаший магнитоупругий чувствительный элемент, возбуждаюшую систему, измеритель магнитной индукции и сипо-. передаюший элемент $2).

Недостатки этого преобразователя — невысокая чувствитепьность зависимость от условий окружаюшей среды и конструктивная сложность — ограничивают обпасть его применения. 25 цепь изобретения — увеличение чувствитепьности и расширение области применения

Указанная цель достигается за счет того, что в предложенном преобразователе магнитоупругий чувствительный эпемент выпопнен и виде нескольких стержней, симметрично расположенных относительно оси преобразоватепя, механически связанных с последовательно чередуюшимися разноименными полюсами постоянных магнитов возбуждаюшей системы, при этом измеритепь магнитной индукции расположен по оси преобразоватепя, в сипопередаюший- элемент связан с частью стержней магнитоупругого чувствитепьного элемента.

Нв фиг. 1 показана схема расположения элементов преобразователя; нв фиг. 2направление силовых линий магнитного попя в зоне расположения измеритепя .магнитной индукции.

Сипопередвюший элемент 1, изготовленный из немагнитного материала, связан со стержнями 2, 3 мвгнитоупругого чувствительного элемента, выполненного в виде четырех пвраппепьно расположенных по окружности стержней. Стержни 2, 3 являются рабочими, Симметрично относительно Оси преобразователя расположены стержни 4, 5, являющиеся компенсационными Со стержнями связаны магниты 6-9 возбуждающей системы с эамыкателем 10, изготовленным из ферромагнитного материала. По оси преобразоватепя на уровне верхних торцов стержней установлен измеритель ll магнитной индукции, в частности копьцевой ферроэондовый магнитометр. Постоянные магниты возбуждающей системы поспедоватепьно чере. дуются разноименными полюсами, поэтому в зоне установки измерителя магнитной ин-, дукции существуют магнитные потоки (фиг. +» раб очнй и компенсационный, напрацпенные навстречу, а в перпендикулярном к ним направлении - магнитные потоки между каждым рабочим и компенсационным стержнями, которые всегда направлены «jl j навстречу и равны (на фиг. 2 не показаны) .

Преобраэоватепь работает спедуюшим образом. Постоянные магниты возбуждающей системы намагничивают стержни ми- д нитоупругого чувствитепьного элемента.

Организованные магнитные потоки, рабочий и компенсационный, направленные навстре @ друг другу при отсутствии механических усиний .равны, и выходной сигнал измерителя G магнитной индукции 1равен нулю.

При воздействии механических усилий сипопередыоший элемент деформирует ра.бочие стержни, при этом намагниченность

ЗЪ стержней изменяется. Следовательно, меняется и величина рабочего магнитного по тока. Магнитное попе искажается, что регистрируется иэмеритепем магнитной индукции, выходной сигнал !которого пропорционален приложенному усилию В случае изменения

gg внешних условий одновременно изменяется намагниченность всех стержней, .что BOKIIJo> чает ошибку в измерениях.1

Повышение чу Всьвительности преобразователя Обусловлено в основном эффектом дВОЙБОГО изменения магнитного ЛОля нямаГ» ниченного стержни м81 питоупругoI о чувсти тельного элемента эа счет изменении как магнитных характеристик стержня при его деформации, так и самого намагничивающего поля из-ее изменения условий его распрос транения., Схема преобразователя позвопяет учитывать влияние внешних условий и создавать конструкцию дпя измерения в каждом конкретном спучае. Например, при измерении осевой нагрузки в процессе бурения конструкция преобразователя следующая: стержн магнитоупругого чувствительного элемента вместе с возбуждающей системой заключены в тедо немагнитной бурильной трубы„а иэмери ГОль MHI HHTHÎÉ индукции помещен в герметичный контейнер, расположенный по оси трубы.

Ф 0 p M ) л а и в О 6 р е т е н и я

Преобразователь 44exGHHHeoHjjx усилиЙ электрическиЙ сигнал, содержащий магнигоупругий чувствительный элемент, BGB6)"ж цающур систему на постоянном магните, .= имеритепь магнитной индукции и силопере,цаюший элемент-, о т п и ч а Io шийся !

Тем, чтоу с целью повышения чувствительности и расширения области применения, магнитоупругий чувствительный элемент вы полнен в виде нескольких стержней, симметрично распопоженных Относительно оси преобразователя механически связанных с поспедовательно чередующимися разноименными полюсами постоянных магнитов возбуждающей системы, при этом иэмеритепь магнитной индукции расположен по Оси преобразоватепя, а силопередаюший элемент связан с частно стержней магнитоупругого чувствительного элемента.

Метод компенсации внешнего магнично- 45 го поля должен выбираться применительно к конструкции преобразоватепя, например: выставление уровня нулевого сигнала измерителя мш нитной индукции путем различно

5Î

ro намагничивания стержней; установкой магнитных экранов; Введением дополнительного измерителя. магнитной индукции.

Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе:

1. Туричич A. М, и др. Электрические измерения неэлектрических величин. Л., Энергия, 1975> стр. 251. 258, 2 72, 301.

2, Авторское свидетельство СССР

% 160611, кл. Сф 01 4 9/16, 1962„

Составитель К. Яковлев

Редактор T. Орловская Техред И. Клямко Корректор А, Кравченко

Заказ 2410/33 Тираж 1112 Подписное

ПППИПИ 1осударствеиного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

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