Магнитоупругий преобразователь усилий

 

Ф»Ф с ив " ° рнер

О П И -ff-И -1

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх

Реслублнк (ii 711386

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12. 12.77 (21) 2553661/18-10 с присоединением заявки Ж (23) Приоритет

Опубликоваио25.01.80. Бктллетень М 3

Дата опубликования описания 28в01.80 (51)M. Кл.

5 01 1, 1/12

Веудерстеенньй кемнтет

СССР ав девам наоеретеннй к еткрытнй (53) УДК 531.78) (088.8 ) (72) Автори изобретения

N. Ф. Зарипов, Л. Х, Звйнутдинова, Г. H. Ковшов и Г. Ф. Кузнецов

Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (71) Заявитель (54} МАГНИТОУПРУГИЙ HPЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ

Изобретение относится к измерительной технике, в часгности, к области конгроля механических усилий и может быть использовано для непрерывного измерения осевой нагрузки на забое и усилия, дейст

5 вуюшего на отклонитель при наклонном бурении скважин.

Известны магнитоупругие динвмометры, предназначенные для непрерывного измерения осевой нагрузки на забое при бурении скважин (1ф), исвврыв иронии в изготовлении, но не обладают высокой чувствительностью, так как в силу разборности конструкции магнитная система имеет воздушные зазоры. Кроме того, ати динвмометры могут быть использова.— ны только для измерения осевой нвгрузки.

Известен также магннтовнизотропный датчик усилий t3j содержащий кольцевой магнитопровод с торцовыми выступами для приложения сипы и с радиальными отверстиями, в которые .уложены обмотки.

Выступы мвгнитопровсдв, расположенные на одной торцовой поверхности магнитопровода, сдвинуты по окружности относительно выступов на противоположной торцовой поверхности, а рвдивльтпие отверстия для обмоток расположены между ними минимум в две пары рядов по высоте магнитопроводв. Зтог датчик отличается высокой чувствительностью, однако непосредственное его использование для опроделения бокового отклоняющего усилия, действующего нв отклонитель при бурении наклонных скважин, невозможно.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мвгнитоупругий преобразователь усилий, содержащий кольцевой чувствительный алемент с торцовыми выступами для приложения усилия, наружными ребрами, между когорыми уложены обмотки, и мвгнитопровод, звмыквюший наружные ребра 1, 1) .

Указатгный преобразователь не позволяет производить одновременное измррение осевой и боковой силы.

71 1386

Целью изобретении является обеспечение возможности одновременного измерения осевых и боковых сил, например, при наклонном бурении.

Эта цель достигается тем, что в преобразователе наружные ребра выполнены в виде, выступов, расположенных вдодь образующей чувствительного элемента, и имеют отверстия, оси которых лежат в плоскостях, проходя1цих через середины 10 выступов параллельно образующей чувствительного элемента и перпендикулярно его радиусам, проведенным в середины выс ту пав, 11адичие кольцевых торцовых 8b1c гудов 15 и радиальных выступов, размещенных на наружной цилиндрической поверхности магнитопровод а, обеспечивает возможность приложения как осевых, гак и горизонталь. иых боковых усилий. г0

Благодаря выполнению отверстий для обмоток не только в магнигопроводе, но и в радиальных выступах, обмотки преобразователя оказываются размещенными 25 в зонах различнаго нагружения. При измерении осевых нагрузок роль компенсационных обмоток выполняют обмотки, уложенные в отверстия радиальных выступов, а при измерении боковых нагрузок - o 30 мотки, уложенные в радиальные отверстия магни топровода.

Следова тельно, преобразова гель може r быть также использован для измерения суммы осевого и бокового усилий.

Введение цилиндрического стакана, плотно охватывающего радиальные выступы, и выполнение отверстий в выступах нерадиальиыми создаег вазможность измерения боковых усилий, приложенных к 40 любой точке боковой поверхности преобразова геля. !

На фиг. 1 и 2 показаны варианты выполнения преобразователя.

Преобразователь содержит кольцевой магнигопровод 1 с радиапьными выступами 2 и торцовыми кольцевыми выступами 3.

Радиальные выступы разме1цены иа наружной цилиндрической поверхности магнитопровода, Торцовые выступы расположены

В ценградьиой части магнигопровода. Радиальные выступы плотно схвачень1 цилиндрическим стаканом 1. И магнигопроводе

55 и в выступах выподнены отверстия для обмоток 5. Г!ри этом отверстия 6 в выступах выполнены нерадиальным11, а огперc THg 7 в мат питопроноде — рд111 льнь1ми.

Д

Кроме гого, в магнитопроводе выполнены радиальные прорези 8, расположенные между радиальными выс1упами и радиальными огверс гиями. Прорези исключают магнитное и механическое взаимодействие между областями различного нагру жения.

8 преобразователе, показанном на фиг.

1, отверстия 6 в радиальных выступах 2 имеют оси, параллельные продольной оси магнитопровода 1, Пунктирными линиями на чертеже показаны магнитные силовые линии поля обмоток, размещерных в выступах, и падя обмоток, разме1денных и радиальных агверс гиях магнигопровода.

Во втором варианте преобразователя (фиг. 2) оси отверстия 6, выполненных в радиальных выступах 2, расположень1 по касательным K цилиндрической поверхносг1-., проведенной через центры этих выступов. Магнитные силовые линии поля обмоток, расположенных в отверстиях 6, и силовые линии обмоток в радиальных отверстиях магHBгопровода 7 имеют в данном случае одинаковую форму.

Во втором варианте исполнения степень компенсации нулевого сигнала и его стабидьносгь выше.

Устройство работает следующим образом.

При приложении осевой нагрузки э к горца вы м к аль цевы м выс ту па м 3 пр оис хоь диг изменение магнитной проницаемосги магии гопровода 1, «ro приводи r к изменению индукгивносгей обмоток 5, уложенных и радиальные огверсгия 7, При этом радиальные выступы 2 не испытывают механической нагрузки, и индук гивности обмоток, уложенных в отверстия 6 выступов 2, остаются неизменными. Разность сигналов рассмотренных двух групп обмо гок будет пропорциональна величине измеряемой осевой нагрузки.

При приложении боковой нагрузки F к цилиндрическому стакану 4 в радиальных выступах 2 возникают механические напряжения, вызывающие изменение магнитной проницаемости выступов. Последнее приводит к изменению индукгивносги обмоток, уложенных в нерадиадьных огверс гиях.

При дифференциальном включении обмоток в огверстиях 6 и обмогок в отверстиях 7 выходкой сигнал оказываегся пропорциональнь1м величине измеряемого бокового усилия F .

При одновременном приложении наг11узки к выступам 2 и 3 выходной сигнал

5 7(13 преобразователя будет пропорциональным сумме осевого и бокового усилий.

Предложенный магнитоупругий преобразователь обладает расширенными функциональными возможностями и может быть использован для измерения как осевых, так и боковых усилий и их суммы, Применение данного технического решения сокращает число типов преобразователей и их вторичных цепей, в частнос- to ти, при наклонном бурении скважин.

Формула изобретения

M агни тоупругий преобразователь усилий, преимушес твенно при наклонном бурении скважин, содержащий кольцевой чувствительный элемент с торцовыми высту- 2о нами, радиальными отверстиями, в когорые уложены обмотки, и наружными ребрами, замкнутыми магннгопроводом, î r—

86 6 л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения одновременного измерения осевых и боковых сил, наружные ребра выполнены в виде выступов, расположенных вдоль образующей чувствительного элемента и имеют отверстия, оси которых лежат в плоскостях, проходящих через середины выступов параллельно образую щей чувствительного элемента в перпендикулярно его радиусам, проведенным в середины выступов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N. 348894, кл. G 01 4 1/12, 1970.

2. Авторское свидег.льство СССР

No 486228, кл. G 01 L 1/12, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

% 239617, кл. G 01 1, 1/12, 1967.

4. Производство металлоизделий промышленного назначения. Труды

НИИМЕТИЗа. Сб. N4,,с. 81-82 (прототип).

Составитель Г, Максягин

Редактор Л, Бибер Техред N. Келемеш Корректор М. Викула

3ак аз Ь 9 97/27 Тираж 1019 - Подлисное

UHHHllH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113038, Москва, Ж-35, Раун скан наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. У д.ород, ул. Проектная, 4-