Функциональный преобразователь силы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Социалистичеснмх

Республик

< ц787915

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2809.78 (21) 2669040/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15,128(1 Бюллетень ¹ 46

Дата опубликования описания 15Д280 (51)М. Кл.

6 01 ? 1/08

Государственный комитет

СССР

flo делам изобретениИ и открытий (53) УДК 531. 781 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Э. Ш. Авербух и В. Ф. Могильчак

Свердловское отделение Ордена Трудового Красного Знамен| государственного проектного института Проектмонтажавтоматика (71) Заявитель (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении усилий.

Известен Функциональный преобра.зователь силы, содержащий магнитоуп- 5 ругий датчик силы, усилитель и измерительную схему (1), Однако данный преобразователь не позволяет получать различные функциональные зависимости. 10

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является функциональный преобразователь силы, содержащий магнитоупругий датчик силы, соединенный с источником питания и 15 измерительной схемой, и индикаторный прибор (2).

К недостаткам этого преобразователя силы относится ограниченная функциональная воэможность. 2О

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

Укаэанная цель достигается эа счет того, что в него введены две дифференциально включенные обмотки воз- 25 буждения датчика силы, двигатель, регулируемый делитель напряжения с подвижным контактом и усилитель, включенный на выходе датчика силы, при этом двигатель подключен к выходу 3() усилителя, плечи регулируемого делителя напряжения соединены с обмотками возбуждения датчика силы, а подвижный контакт — с двигателем.

На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемого функционального преобразователя силы на фиг. 2 конструкция магнитоупругого датчика силы; на фиг. 3 и 4 — распределение магнитных потоков в магнитоупругом датчике силы беэ нагрузки и с нагрузкой, соответственно.

Магнитоупругий датчик 1 силы снабжен двумя дифференциально включенными обмотками 2, 3 возбуждения и измерительной обмоткой 4, расположенными на магнитопроводе 5 °

Источник 6 питания содержит фаэочувствительный усилитель 7, реверсивный двигатель 8 со статорными обмотками 9,.10 и фаэосдвигающим конденсатором 11 и регулируемый делитель 1.2 напряжения, включающий сопротивление

13 и подвижный контакт 14. Выход

Усилителя 7 подключен к статорной об.мстке 9 двигателя 8, вал ротора (не показан) которого через редуктор 15 соединен с подвижным контактом 14.

Резисторы 12, 13 подключены к питающим выводам 16 источника б питания.

787915

Измерительная схема 17 предназначена для индикации результата измерения силы и получения сигнала, функционально связанного с преобразуемой силой.

В состав измерительной схемы входят стрелка 18 и шкала 19, отградуированная в единицах измеряемой силы, и преобразователь 20 углового положения в необходимую физическую величину, например цифровой код. Ось стрелки 18 измерительной схемы 17 через редуктор 15 механически соединена с валом двигателя 8 источника 6 питания. Обмотки 2, 3 возбуждения датчика 1 силы выводами 21, 22 и 23 соединены с плечами управляющего делителя источника питания. Выход магнитоупру- 15 гого датчика силы — выводы 24 и 25через частотный фильтр 26 соединен со входом усилителя 7 и землей 27.

Конструктивно датчик 1 силы выполнен, например, так, как изображено на фиг. 2 ° Он состоит из магнитопровода 5, выполненного на ферромагнитного материала с неравным нулю коэффициентом магнитострикции. В магнитопроводе 5 выполнены три пары отверстий 28, 29 и 30, в которые уложены обмотки. В отверстия 28 и 29 уложены соответственно вертикальная и горизонтальная обмотки возбуждения магнитного потока, а в отверстия 30 — измерительная обмотка. Обмотки возбужде- ЗО ния расположены одна в плоскости линии действия силы, приложенной к чувствительному элементу, другая перпендикулярно ей. Измерительная обмотка расположена под углом 45 к 35 обеим обмоткам возбуждения.

Функциональный преобразователь силы работает следующим образом.

В основе работы преобразователя лежит эффект искажения конфигурации 40 магнитного поля в чувствительном элементе датчика силы под действием приложенной к нему силы. На фиг. 3 изображено примерное распределение магнитно-силовых линий в иэотропном магнитопроводе ненагруженного датчика силы при одинаковых питающих напряжениях на обмотках 2 и 3 возбуждения и одинаковых числах витков этих обмоток. Направление токов в проводниках обмоток обозначено крестиками для тока, направленного от наблюдателя перпендикулярно плоскости чертежа, и точками для тока, направленного к наблюдателю. Как видно на фиг. 3, магнитно-силовые линии не пересекают контур, охваченный измерительной обмоткой 4; уложенной в отверстия 30, и соответственно в ней не наводится электродвижущей силы взаимоиндукции.

Такой результат обеспечивается диффе- ф) ренциальным включением обмоток возбуждения относительно создаваемых ими магнитных потоков, пересекающих контур, охваченный измерительной обмоткой 4. Как известно, электродвиущая сила вэаимоиндукции в контуре обусловлена изменениями составляющей вектора магнитной индукции, перпендикулярного поверхности, охваченной контуром. При дифференциальном включении обмоток возбуждения зти составляющие направлены в разные стороны и взаимно компенсируются.

Для примера на фиг. 3 на линии а-а, направленной перпендикулярно плоскости, в которой расположена обмотка возбуждения, обозначено направление вектора магнитной индукции В

Ql создаваемого вертикальной обмоткой возбуждения, и вектора В„ — от горизонтальной. Эти векторы, как видно на фиг. 3, равны по величине и противоположно направлены. Под действием силы Q приложенной к чувствительному элементу датчика силы, его магнитная проницаЕмость изменяется, в частности для электротехнической стали, например, магнитная проницаемость вдоль направления сжимающих усилий уменьшается. В результате нарушается иэотропность магнитных свойств чувствительного элемента и создаются направления предпочтительного намагничивания, в частности в горизонталь- ном направлении. Как видно на фиг. 4, часть магнитно-силовых линий начинает пересекать контур, ограниченный измерительной обмоткой 4, что обуславливает появление в ней электродвижущей силы, величина которой зависит от силы Q, приложенной к датчику.

Величина этой электродвижущей силы зависит, кроме того, от разности напряжений между обмотками 2 и 3 возбуждения.

При ненагруженном датчике 1 силы напряжение на выводах 24 и 25 измерительной обмотки 4 равно нулю. Напряжение на входе усилителя 7 также равно нулю. Подвижный контакт 14 потенциометра находится в начальном положении, при котором напряжения на плечах делителя 12 равны. Соответственно равны напряжения на обмотках 2 и 3 возбуждения датчика 1 силы. Стрелка 18 установлена против нулевого деления шкалы 19 измерительной схемы.

При нагружении датчика 1 силой Q на его измерительной обмотке появляется напряжение, пропорциональное величине этой силы. Это напряжение поступает через фильтр 26 на вход фаэочувствительного усилителя 7. Фильтр

26 предназначен для выделения первой гармонии из выходного напряжения датчика силы, что улучшает форму сигнала на входе усилителя 7 и обеспечивает правильную работу двигателя 8. Усиленный по величине и мощности выход ной сигнал датчика силы поступает на статорную обмотку 9 двигателя. Его ротор начинает вращаться и через резистор 15 перемещает подвижный контакт 14. Направление вращения выход787915

Формула изобретения

1б

16 ного вала редуктора 15 выбрано таким, чтобы при этом напряжение на обмотке

2 возбуждения уменьшалось, а на обмотке 3 увеличивалось. В результате появляется разностное напряжение на обмотках 2 и 3 возбуждения. Эта разность вызывает смещение нулевого урбвня на измерительной обмотке 4 датчика 1 силы. Знак этого смещения противоположен знаку напряжения на измерительной обмотке, обусловленного действием на датчик 1 силы Я . Процесс продолжается до тех пор, пока на измерительной обмотке 4 вновь не установится нулевой сигнал. При этом стрелка 18 индикаторного устройства, через редуктор 15 механически связан- 15 ная с валом ротора реверсивного двигателя и подвижным контактом 14, устанавливается в положение, соответствующее силе Я . Если сила Q начинает уменьшаться, то на выходе 2О датчика 1 силы появляется напряжение, фаза которого на 180б отличается от фазы этого напряжения при увеличении силы Я Двигатель начинает вращаться в противоположную сторону до тех пор, пока на измерительной обмотке датчика силы вновь не устанавливается нулевое напряжение ° При этом стрелка индикаторного устройства устанавливается в новое положение, соответствующее новому значению силы 9 30

В процессе вращения оси стрелки

18 изменяется входной сигнал механически связанного с ней преобразователя углового положения вала в цифро вой код, который используется для пе" редачи, например, в цифровую вычислительную машину или для дистанционнОй передачи информации.

Функциональный преобразователь силы, содержащий магнитоупругий датчик силы, соединенный с источником питания и измерительной схемой, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены две дифференциально включенные обмотки возбуждения датчи ка силы, двигатель, регулируемый делитель напряжения с подвижным контактом и усилитель, включенный на выходе датчика силы, при этом двигатель подключен к выходу усилителя, плечи регулируемого делителя напряжения соединены с обмотками возбуждения датчика силы, а подвижный контакт— с двигателем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СНА Р 3540271, кл. 73143, опублик. 17.11 70.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 603858, кл. G 01 Ь 1/08, 14.03. 78 (прототип) .

787915

l5 фиа2

Фие,4

Редактор М.Келемеш

Эакаэ 8338/47

Тираж 1019 Подпи сиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Ю Ðèå.3

21

Составитель A.Hoâèêîâ

Техред М. Кузьма Корректор О. Билак