Магнитоупругий датчик усилий

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистичаских

Республик

«о 847082 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 041279 . (21)287505З 18 10 с присоединением заявки ¹(23) Прыоритет— р )м. к,.з

G 01 L 1/12

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 1507.81. Бюллетень № 26 (53)УДК 5З1 781 (088.8) Дата опубликования описания 150781 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ

Изобретение относится к измерениям неэлектрических величин электри.ческими методами, точнее к магнитоупругим датчикам с иэгибаемым магнитопроводом и может быть использовано для преобразования усилий в цифровых системах, в частности, для контроля усилий на органах управления в цифровых тренажерах.

Известны магнитоупругие датчики усилий, содержащие магнитопровод, выполненный из изолированных друг от друга пластин, обмотку возбуждения и измерительную обмотку (11 .

Недостатками подобных устройств являются аналоговый выходной сигнал и плохие метрологические характеристики.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод в виде консольно установленного пакета пластин из магнитострикционного материала и измерительную обмотку Г21 °

Однако указанный преобразователь имеет аналоговый выходной сигнал, что существенно усложняет его использование в дискретных системах контроля и регулирования.

Цель изобретения — обеспечение непосредственного преобразования усилия в код.

Поставленная цель достигается тем, что пластины пакета магнитопровода выполнены разной толщины из материалов с прямоугольной петлей гистерезиса и изолированы друг от друга, при этом сопротивления изгибу плас10 тин равны.

На фиг.1 показан магнитопровод без обмоток, общий вид; на фиг.2 — разреэ датчиками на фиг,З вЂ” эпюры, поясняющие работу датчика °

15 Датчик механических усилий содержит магнитопровод 1 в виде консольной балки, выполненный из пластин 2, равного сопротивления изгибу, переменных по толщине и изолирован20 ных друг от друга немагнитным слоем

3. Пластины выполнены иэ магнитострикционного материала с ППГ. На магнитопроводе выполнены обмотка 4 возбуждения и измерительная обмотка 5.

25 Датчик работает следующим образом.

Обмотка 4 возбуждения подключена к. источнику переменного тока, причем амплитуда переменного тока выбра3Q на такой, чтобы в отсутствии вход847082 ного сигнала перемагничивание пластин отсутствовало.

При нагружении магнитопровода усилием P в пластинах 2 возникают напряжения, зависмщие от толшины пластин. Максимальные напряжениями,„,, в пластинах обратно пропорциональны их толщинам. Так как пластины 2 выполнены равного сопротивления изгибу (трапецеидальной формы), напряжение по длине пластины постоянно. Под действием механических напряжений изменяется коэрцитивная сила Нс„ материала пластин, причем изменение Нс, пропорционально изменениюб дх„ (1=

1,2...-номер пластины). Таким образом, при определенном напряжении возможно перемагничивание пластин при неизменной амплитуде внешнего магнитного поля ° При положительной магнитоупругой константе в растянутых слоях коэрцитивная сила возрастает, а в сжатых — уменьшается. При напряжении в пластинеЬ,ох„) Д и коэрцитивная сила уменьшается настолько, что происходит перемагничивание сжатых слоев пластины. Вследствие различия напряжений, возникающих в пластинах, коэрцитивная сила Нс„ пластин будет различной, поэтому леремагничивание будет происходить дискретно, по мере нарастания переменного тока

i в обмотке 4 возбуждения, При перемагничивании отдельной пластины в измерительной обмотке 5 находится импульс напряжения. При увеличении усилия P увеличивается количество пластин, напряжения в которых больше или равны Ьп, и следовательно, увеличивается число выходных импульсов О (фиг.З), Таким образом, количество выходных импульсов пропорционально количеству перемагниченных пластин и соответственно усилию P. Датчик позволяет измерять усилйя обоих знаков, Толщина пластин и материал выбирается в зависимости от требуемого шага квантования измеряемого усилия

Р. Требуемая толщина пластин опрецеляется из условий: при каждом шаге квантования измеряемого усилия P должна быть i "новая" пластина, нормальные напряжения в которой будут

6„ >i6>, при максимальной величине измеряемого усилия P нормальные напряжения во всех пластинах должны быть бп(6 (ГЬ)и, где 6 и — допускаемое напряжение пластин при изгибе;

Йп - напряжение при котором происходит перемагничивание пластин.

В экспериментальных исследованиях датчика используются пермоллои различных составов. Наилучшие результаты получаются при применении сплава

)$. 65НП, который характеризуется высокой прямоугольностью петли гистерезиса (кп= 0,90 — 0,98)и достаточной чувствительностью к механическим воздействиям.

2О Настоящее. изобретение имеет простую конструкцию, а кодоимпульсный выходной сигнал позволяет использовать его в цифровых контролирующих системах.

Формула изобретения

Магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод, выполненный в виде консольно закрепленного пакета пластин, на котором размещены обмотки, о т л и ч а ю щ и .й с я тем, что, с целью обеспечения непосредственного преобразования усилия в код, пластины пакета магнитопровода выполнены разной толщины из материалов с прямоугольной петлей гистерезиса и изолированы друг от друга, при этом сопротивления изгибу пластин равны.

40 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. М,, "Машиностроение", 1965, с. 85-90.

2. Гуманюк М.Н, и др. Современное состояние и перспективы развития магнитоупругих преобразователей. М., "ЦНИИТЭИ приборостроения", 1977, с. 8 (прототип).

847082

Составитель Н.Вовчук

Техред М.Коштура Корректор Л.Иван

Редактор Т.Парфенова

Закаэ 5468/64 Тираж 9.07 Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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