Магнитоанизотропный датчик усилий

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >847080 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 19.12,79 (21) 2854460/18-10

{51)м. кл.э

1 с присоединением заявки ¹â€”

G 01 L 1/12

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 150781,Бюллетень Но 26 (53) УДК 5З1.781 (088.8) Дата опубликования описания 150781 (72) Автор изобретения

П.П.Сизых (71) Заявитель

Тюменский индустриальный институт им. Ленйтпижда ко4Ммола,, (5 4 ) МАГНИТОАНИЗОТРОПНЫЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ

Изобретение относится к силоизме. рительной технике и может найти применение в точных весоиэмерительных и силоиэмерительных злектромеханических устройствах.

Известен магнитоупругий трансформаторный датчик усилий сжатия, представляющий собой пакет пластин электротехнической стали, на диагоналях которых симметрично расположены четыре отверстия. Через отверстия намотаны две независимые обмотки : первичная — по одной диагонали пакете, вторичная - по другой. Плоскости обмоток расположены под углом 45 к направлению усилия сжатия. Пластйны собирают таким образом, чтобы пакет в магнитном отношении был,как можно более иэотропным, т.е. чтобы магнитная проницаемость пакета в направлениях, параллельном и перпендикулярном сжатию была по возможности одинакова. Для этого при сборке пакета пластины собираются так, что направление-прокатки их по отношению и направлению действия измеряемого усилия чередуется (1) .

Такие магнитоупругие датчики имеют значительный гистерезис — порядка 1,5-4Ъ и существенно нелинейную !,характеристику преобразования - по рядка 1,5-2t.

Наиболее близким по технической сущности является магнитоаннэотропный датчик, в котором со стороны торцовых плоскостей, к которым прилагается усилие, делаются пропилы, достигающие отверстий, в которые укладываются обмотки. После укладки витков проволоки (путем свободной намотки, беэ использования челнока) пропи. †:.ы заполняют порошком карбонильного железа, замешанного на клее j2) .

Однако известное расположение пропилов, пересекающих пути следования магнитных потоков в силовоспринимающих пластинах сердечника, со стороны торцовых поверхностей, к.которым прилагается измеряемое усилие уменьшает напря>кенну|о зону попереч-. ного сечения сердечника, что приводит к снижению его жесткости в направлении деформации сжатия. Это ухудшает точность измерения сил из-за влияния концентрации механических напряжений в наиболее нагруженной зоне сердечника на линейность и гистерезис характеристики преобразова-. ния. Кроме того, концентрация напря-.

30 жения вызывает пластические дефор847080

25 ложения силы Р. мации материала сердечника при перегрузках, что ухудшает стабильность коэффициента преобразования.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Эта цель достигается тем, что отверстия выполнены в виде эллипса, большая ось которого перпендикулярна диагоналям пластин, а прорези выполнены в добавочных стальных пластинах в углах сердечника и направлены по диагоналям пластины, при этом максимальная ширина прорези выбрана равной длине большой оси.эллипса.

На фиг.1 изображен датчик, общий вид; на фиг.2 — разрез A-A на фиг.1; на фиг.3 — - разрез Б-Б на фиг.1.

Датчик содержит сердечник из ани-. зотропных пакетов 1 пластин электротехнической стали и стальных добавочных пластин 2, изготовленных из материала с малым упругим гистерезисом и ус-.àíîâëåííûõ между пакетами, и расположенные взаимно перпендикулярно первичную и вторичную обмотки. Напраьленные прокатки в пластинах из электротехнической стали одинаковое и перпендикулярное линии действия измеряемого усилия P.

Сердечник датчика снабжен двумя парами гребней 3 и 4 расположенными попарно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Два гребня 3 выполнены с опорными поверхностями для восприятия сжимающих сил Р, подлежащих измерению. Другие два гребня 4 расположены вдоль оси, параллельной направлению прокатки в пластинах электротехнической стали и проходящей через центр сердечника, и выполнены со сквозными отверстиями 5, необходимыми для размещения в них болтов 6, стягивающих силовоспринимающие пластины.

С целью повышения точности за счет уменьшения гистерезиса, в данном датчике отношение длины к толщине стальной добавочной пластины равно не более 16 и не менее 5, а суммарная толщина добавочных пластин составляет не менее половины толщины всех пакетов пластин из электротехнической стали.

Центры четырех эллиптических отверстий 7 для первичной и вторичной обмоток находятся в углах квадрата со стороной с . Каждое отверстие вынесено в наименее напряженную зону сердечника, где действительные нормальные напряжения меньше средних напряжений 6 Р в данном поперечном сечении. Для этого расстояние между отверстиями выбрано больше величины а

2,4 где а - сторона квадрата силовоспринимающей пластины, с таким расчетом, чтобы центр и края каждого отверстия находились за пределами угла равномерного распределения силы

6 = 38 .30

Первичная обмотка расположена в одной диагональной плоскости сердечника и уложена в двух эллиптических отверстиях, малые оси которых лежат в плоскости обмотки, а большие оси перпендикулярны этой плоскости. Вторичная .обмотка расположена в другой диагональной плоскости сердечника и уложена в другой паре эллиптических отверстий, аналогично ориентированных относительно этой обмотки. Все стальные пластины 2 сердечника выполнены с четырьмя пустотелыми прорезями 8, расположенными в зонах наименьших механических напряжений, находящихся в углах сердечника. Каждая прорезь пересекает возможные пути следования соответствующих магнитных потоков, замыкающихся в добавочной пластине, и пропилена от угла этой. пластины до края ближайшего эллиптического отверстия и расположена на продолжении диагонали квадрата, по углам которого находятся отверстия для обмоток.

Расположение прорези в углах добавочной пластины, сжимаемой вдоль ее главной центральной оси инерции (нагрузочной оси), т.е. в наименее напряженных зонах, практически не отражается на величине и характере распределения механических напряжений в наиболее нагруженной области пластины, определяемой углом 2 8 = 77 с вершиной в окрестности точки приПервичная обмотка питается переменным током постоянного напряжения и создает рабочий магнитный поток в сердечнике датчика.

Благодаря наличию достаточно широких пустотелых .прорезей, увеличивающих сопротивление для прохождения магнитного потока в добавочных пластинах, магнитный поток практически. весь вытесняется в активную часть сердечника, образованную пластинами из электротехнической стали, содержащими до 4Ъ-ов кремния для повышения удельного сопротивления.

С ростом измеряемого усилия Р увеличиваются механические напряжения в силовоспринимающих пластинах сердечника, что изменяет величину магнитной проницаемости и вызывает увеличение тока в первичной обмотке.

Однако благодаря наличию прорезей увеличению намагничивающей силы не приводит к существенному возрастанию индукции в добавочных пластинах и дополнительному прогреву датчика вихревыми токами в процессе измерения, что повышает точность измерения за счет снижения температурной погрешности.

847080 формула изобретения

Магнитоанизотропный датчик усилий, содержащий сердечник из анизотропных пакетов пластин электротехнической стали и добавочных стальных пластин, взаимно перпендикулярные первичную и вторичную обмотки, уложенные в отверстия сердечника, и прорези, выполненные от края сердечника до отверстия, отличающийся тем, что,с целью повышения точности измерения, отверстия выполнены в виде аллипса, большая ось которого перпендикулярна диагоналям пластин, а прорези выполнены в добавочных стальных пластинах в углах сердечника и направлены по диагоналям пластины, при этом максимальная ширина прорези выбрана равной длине большой оси эллипса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Гуманюк М.Н. Магнитные датчики в автоматике. Киев, "Техника", 1972, 10 с. 123.

2. Авторское свидетельство СССР

9 24б128, кл. G 01 L1/12, 29.02.68. (прототип).

847080

9 о

Эаказ 5468/64 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ 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. Составитель Н.Вовчук

Редактор Т.Парфенова Техред A.йч Корректор Л.Иван