Магнитоупругий датчик усилий
О П И А -"-Н-И Е
ИЗОбРЕТЕН ИЯ
< с;:.;; Союз Советскнк
Социалнстическнк
Республик
C ..:., > К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свиЛ-ву (51)M. Кд. Я 01 L 1/12 (22) Заявлено 01.03.78 (21) 2584823/18-10 с присоединением заявки РЙ Государственный комитет (23) Прноритет по лелем изобретений и открытий Опубликовано 15.05.80. Бюллетень ¹ 18 (53) УДК 531. .787 (088.8 ) Дата опубликования описания 16.05.80 (72) Авторы изобретения В. И. Рождественский, А. С. Затворниикий, Э. В. Голован и А. А. Кравцов (7I) Заявитель Киевский институт автоматики имени ХХУ съезда КПСС (54) МАГНИТОУПРУГИИ ДАТЧИК УСИЛИЙ Изобретение относится к конструкции силоизмерительных датчиков, принцип .действия которых основан на явлении магнитной упругости, и может бьггь исполь"зовано в системах автоматического контроля и регулирования преимущественно больших усилий. Благодаря своей простоте, надежности и хорошей работоспособности в тяжелых производственных условиях, например 10 в литейных и прокатных цехах, магнитоупругие датчики нашли широкое распостранение. Известен магнитоупругий датчик, маг. 15 нитопровод которого, воспринимающий часть измеряемой нагрузки, запрессован в стальной корпус )1) . Магнитопровод этого датчика собран из пластин электротехнической стали. Ввиду различия температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и магнито- провода при колебаниях температуры значительно возрастает температурная пог2 решность датчика, что отрицательно сказывается на точности измерения. Известей магнитоупругий датчик для измерения давления металла на валки прокатного стана (21, содержащий магнитопровод с обмотками и силовой шунт, выполненный в виде массивного корпуса, в котором размещен магнитопровод. Корпус имеет основание и крышку. Кроме того, датчик снабжен двумя металлическими пластинами, твердость материала которых. превышает твердость материалов магнито» провода и корпуса, причем одна из них расположена между основанием корпуса и торцом магнитопровода, а другая - между крышкой корпуса и другим торцом маги итопров ода. Под воздействием нагрузки магнитопровод и шунт подвергаются деформации. При этом о величине нагрузки судят по электрическому сигналу, соответствующему деформации, так как последняя вызывает изменение намагниченности магнитопровода датчика. 3 7 345 LLna уменьшения погрешности измерения путем обеспечения линейности выходной характеристики и повышения чувствительности необходимо уменьшить механические напряжения в силовом шунте, например, за счет увеличения его габаритов. Увеличение габаритов, в свою очередь, служит также источником погрешности из мерения. Наиболее близким по технической сущ- lO ности к предлагаемому устройству явля° ется динамометр 131, который содержит корпус,упругийэлемент,магнитоупругий датчик и нажимной регулировочный винт, а также шток с фланцем, свободно опирающимся " на корпус и имеющем в средней части продольный разрез, в котором расположен упругий элемент, опирающийся HQ корпус через цилиндрические опоры. Магнитоупго ругий датчик прижимают к упругому элементу нажимным регупировочным винтом с с максимальным измеряемым усилием. При приложении измеряемого усилия к корпусу его деформация вызывает деформацию предварительно поджатого упругого элемента, которую воспринимает магнитоупругий датчик. Изменепи чувствительности динамометра обеспечивает в каждом конкретнол случае 30 подбором упругого элемента и датчика. Этому динамометру свойственны следующие недостатки. Ввиду того, что измеряемое усилие прикладывают к периферийной части корпуса, для измерения больших усилий необходимо увеличить габариты датчика. Наряду с этим, центральная часть корпуса испытывает неодинаковую деформацию в диаметральном направлении, уменьшающуюся от периферии к центру, поскольку измеряемое усилие воспринимает только фланец корпуса, что обуславливает зависимость . величины и расположения зоны контакта фланца штока с корпусом от измеряемо45 го усилия — при возрастании усилия величина контактной зоны уменьшается и смещается к центру. Вследствие этого увеличивается нелинейность выходной характеристики динамометра, Кроме то$0 го, наличие повышенной концентрации механических напряжений в местах цилиндрических опор корпуса с упругим элементом, возможность изгибных напряжений в упругом элементе вызывают не55 стабильность показаний пинамометра. Использование регупирово шого винта для нагружения магнитоупругого датчика не обеспечит стабильности и то щост и 13 4 этого нагружения, поскольку наибольшая рабочая деформация магнитоупругих чувствительных элементов обычно не превышает 0,05-0,1 мм, что значительно меньше шага существующих силовых резьб и соизмеримо с люфтом в винтовой паре. Целью изобретения является расширение пределов измерения и повышение точности измерения больших усилий. Это достигается тем, что в предла> гаемом датчике магнитопровод с обмотками расположен внутри упругого элемента, установленного при помощи фланца в корпусе с зазором к одной торцовой поверхности корпуса, заподлицо с с другой торцовой поверхностью которого в упругом элементе установлен магI ниопровод, причем жесткость упругого элемента меньше жесткости магнитопровода. На фиг. 1, 2 изображены примеры конструктивного выполнения предлагаемого датчика. Магнитоупругий датчик имеет массивный корпус 1, являющийся силовым шунтом, внутри которого вдоль оси расположены магнитопровод 2 с обмотками 3 и упругий элемент 4. Конструктивное .исполнение магнитопровода и упругого элемента может быть разнообразным. На фиг. 1 изображен датчик, имеющий магнитопровод и упругий элемент, причем магнитопровод установлен соосно на внутренней торцовой поверхности упругого элемента, который при помощи фланца свободно расположен на внутренней проточке корпуса с зазором между дном и торцовой поверхностью последнего. На фиг. 2 изображен датчик, магнитопровод которого аналогичен изображенному на фиг. 1, а упругий элемент выполнен в виде дисковой мембраны 5, на которой установлен магнитопровод с обмотками. Мембрана, расположенная в корпусе с зазором относительно его внутренней поверхности, опирается на стойку 6, основание которой находится в одной плоскости с торцовой поверхнос- . тью корпуса. Магнитоупругий датчик работает следующим образом. Усилие, приложенное к нему, вызывает деформацию корпуса 1 и расположенных внутри него магнитопрьвода 2 и упругого элемента 4. При этом магнитопровод и упругий элемент, образующие делитель деформаций, «сх:прп734 нимают только часть усилия, так как нагрузка распределяется между корпусомсиловым шунтом и последними пропорциально площади их поперечного сечения. Кроме того, так как жесткость упругого элемента 4 меньше жесткости магнитопровода 2, механические напряжения, а, соответственно, и деформации, возникающие под воздействием измеряемого усилия, в магнитопроводе меньше, чем в упругом элементе. Деформация магнитопровода 2 приводит к появлению электрического сигнала в обмотке 3, по величине которого определяют измеряемое усилие. Использование предлагаемого датчика в системах аВтоматического контроля и регулйрования больших усилий, возникающих, например, при взвешивании металла в процессе его разливки или при его прокатке, благодаря повышению точности измерения обеспечит эффективность контроля, и, соответственно, повышение качества конечного продукта. 513 6 Фор мула изобретен ия Магнитоупругий датчик усилий, содержащий корпус, магнитопровод с обмотками и упругий элемент, о т л и ч а ю щ и йсятем,,что,,с целью повышения точности измерения, магнитопровод с обмотками расположен внутри упругого элемента, установленного при помощи 10 фланца в корпусе с зазором к одной торцовой поверхности корпуса; заподлицо с другой торцовой поверхностью которого в упругом элементе установлен магнитопровод, причем жесткость упругого эле- мента меньше жесткости магнитопровода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Шевченко Г. И. "Магнитоанизотропные датчики," Энергия, 1967. 2. Авторское свидетельство СССР J4 297881 ° кл. g 01 L 1 12ю 1970. 3. Авторское свидетельство СССР % 228991, кл. G 1 L lll2, 1968 (прототип). 5 734513 иг. 2 Составитель H. Вовчук Редактор И. Шубина Техред H. Бабурка Корректор A. Гриценко е е е ) л Заказ 2155/47 Тираж 1019 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
