Магнитоупругий датчик давления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >970151 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 010481 (21) 3267884/18-10

У 1М К з

G G1 L 9/16 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

153) УДК 531.787 (088. 8) Опубликовано 301082. Бюллетень Мо 40

Дата опубликования описания 301082

Л.А. Андрющенко, Э.В. Голован, В.A. Дейнега

П.И. Осташевский, Т.Н. Ильчук и Н.С.Рубан т .

I (72) Авторы изобретения

Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС " - = .. (71) Заявитель (54) МАГНИТОУПРУГИИ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

ЬМср5х тр

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля давления жидкостей преимущественно в гидроснстемах управления нажимными валками клетей прокатных станов.

Известны магнитоупругие датчики давления, содержащие корпус, магнитопровод, выполненный в виде кольца с двумя консольными балками с выступами, расположенными в плоскости по его диаметру, на каждой из которых размещены намагничивающая и измерительная обмотки и мембрану, прижатую к кольцу магнитопровода и преобразующую измеряемое давление в усилие, передаваемое к выступам консольных балок (1).

Однако в известном устройстве трение скольжения, возникающее при прогибе консольных магнитопроводов, ведет к увеличению случайной погрешности, погрешности гистереэиса и, следовательно, к общему понижению точности измерения давления.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является магнитострикционный датчик давления, содержащий магнитострикционный чувствительный элемент в виде пустотелого цилиндра, укрепленного на стойке из электропроводящего материала.

Стойка снабжена верхним и нижним фланцами, к которым прикреплен чувствительный элемент. Внутри стойки имеется канал, сообщающийся с входньм штуцером датчика. Снаружи стойки расположены две клеммы, с которыми соединены выходные провода датчика. Изменение давления внутри чувствительного элемента и снаружи (датчик разности давления) или только- снаружи (датчик абсолютного давления) создает вертикальный магнитострикционный эффект, вызывающий изменение индуктивности стойки, благодаря чему в ней изменяется ток, который служит мерой контролируемого давления (2).

Однако этот датчик характеризуется относительно низкой абсолютной магнитоупругой чувствительностью.

Действительно, изменение индуктивности токопроводящей стойки при

25 постоянстве тока (i = const) можно после ряда преобразований определить следующим образом:

970151

10 где дМ вЂ” изменение магнитной прбтр ницаемости магнитоупругого материала трубы;

S — сечение трубы, участвуюZ щее в проведении магнитного потока; 5 гтр — внутренний радиус трубы.

Однако такой датчик является преобразователем дроссельного типа, для которого справедливо U = const и 1 = var при действии давления.

Если материал трубы характеризуется положительной магнитострикцией и при действии внешнего давления в поверхностном слое трубы возникают сжимающие касательные напряжения, то маг-,15 нитная проницаемость снижается, а индуктивность падает. Ток в электропроводящем стержне растет. Увеличивается напряженность магнитного поля на внутренней поверхности трубы, состояние которой характеризуется не

1 = const, à U = const, i = var, т.е. изменение индуктивности, пропорциональное изменению потокосцепления, будет меньшим.

Изложенное выше справедливо при отсутствии осевых усилий в поверхностном внутреннем слое трубы. Их присутствие еще в большей степени снижает абсолютную магнитоупругую чувствительность и линейность вы ходной характеристики устройства.

Цель изобретения — увеличение абсолютной магнитоупругой чувствительности и улучшение линейности выходной характеристики. 35

Укаэанная цель достигается тем, что в магнитоупругом датчике давления, содержащем заключенный в корпусе чувствительный элемент в виде полого магнитоупругого цилиндра с 40 элементом намагничивания внутри, последний выполнен в виде сердечника с обмоткой, причем ось сердечника, совпадающая с осью обмотки, и on цилиндра взаимно перпендикулярны 45 и лежат в одной плоскости, а между .корпусом и наружной боковой поверхностью цилиндра выполнена полость, сообщенная с измеряемой средой.

Кроме того, чувствительный элемент датчика может быть выполнен в виде двух вложенных один в другой полых цилиндров, причем наружный цилиндр выполнен из немагнитного материала, а внутренний — из магнитоупругого.

Магнитный поток ф внутреннего магнитопровода в местах стыка с трубчатым чувствительньм элементом разветвляется в нем на два потокафт совпадающих по направлению с тай- 60 генциальными сжимающими напряжениями в поверхностном внутреннем слое цилиндрического чувствительного элемента, вОзникающими вследствие воздействия давления только на его 65 внешнюю боковую поверхность (осевые усилия исключены) . Тогда изменение индуктивности обмотки, охватывающей в предлагаемом устройстве внутренний магнитопровод и содержащий для сравнения с известным только один виток (при i = const) определяют после ряда преобразований, использующих известные зависимости, следующим образом:

Проведя сопоставительный анализ изменения индуктивности в известном и предлагаемом магнитоупругих датчиках давления, получаем, что абсолютная магнитоупругая чувствительность предлагаемого датчика в 4 раза выше чувствительности известного.

На фиг.1 изображен магнитоупругий датчик давления, продольное сечение; на фиг.2 — разрез A-A на фиг.1; на фиг.З вЂ” вариант выполнения датчика.

Магнитоупругий датчик давления состоит из чувствительного элемента

1 в виде толстостенной трубы цилиндрической формы, выполненной из магнитоупругого материала, катушки 2 с обмотками и преимущественно двухполюсньм магнитопроводом 3 из маг-. нитомягкого материала. Выводы обмоток подключены к разъему 4, через который происходит подвод питания и съем сигнала. Между корпусом 5 датчика и внешней боковой поверхностью чувствительного элемента 1 находится полость 6, соединяемая с иэмеряемой средой.

Внутренний магнитопровод может быть и многополюсньм, однако в этом случае резко возрастает влияние воздушных зазоров.

Чувствительный элемент 1 может быть изготовлен из немагнитного материала. В этом варианте выполнения (фиг.2) имеется кольцевая вставка 7 из магнитоупругого материала, что позволяет соответствующим выбором толщины и ширины материала активно влиять на чувствительность датчика.

Магнитоупругий датчик давления работает следующим образом.

При подключении намагничивающей обмотки датчика к источнику переменного тока в магнитопроводе, состоящем из внутреннего магнитопровода и цилиндрического чувствительного элемента, возникает магнитный поток.

Магнитный поток внутреннего магнитопровода разветвляется в цилиндрическом чувствительном элементе на две (фиг.1) или более параллельные ветви (при другом числе полюсов внутреннего магнитопровода). Потоки в трубе сосредоточены в достаточно

9701 51 аФн м Внъ ЬФ дб - ь G где щ„ — число витков измерительной

10 обмотки.

Формула изобретения

b4<=>be р где b(р и Ьф „- изменения магнитного потока во внутреннем магнитопроводе и в одной из параллельных ветвей потока в трубчатом чувствительном элементе соответст- .ЗО венно; п — число параллельных ветвей потока в чувствительном эле- менте. 35

При дроссельном варианте выполнения датчика (при одной обмотке) по изменению тока в обмотке магнитоупругого датчика давления, обуслов- 40 ленному изменением ее индуктивности, судят о величине измеряемого давления.

При трансформаторном варианте выполнения датчика (при двух обмот- 45 ках) о величине измеряемого давления судят по наведенной в измерительной обмотке ЭДС, пропорциональной потокосцеплению измерительной обмотки.

При этом варианте абсолютная чувст- 50 вительность датчика тем больше, чем тонком поверхностном слое, толщина которого определяется физическими свойствами выбранного магнитоупругого материала и величинами механических напряжений в этом слое. При воздействии измеряемой среды только на внешнюю боковую поверхность цилиндра во внутреннем поверхностном слое трубы возникают сжимающие касательные напряжения, приводящие при положительной магнитострикции материала трубы к снижению магнитной проницаемости материала, магнитной индукции во внутреннем слое трубы и магнитного потока в работающем сечении трубы. Изменение (снижение) магнитного потока в каждой из параллельных ветвей магнитной цепи обусловливает соответствующие изменения магнитного потока во внутреннем магнитопроводе больше при одном и том же изменении механического касательного напряжения bQ изменение потокосцепления измерительной обмотки ЬТи м

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения датчика в АСУ ТП прокатки по одному стану составит ориентировочно 250 тыс.руб.

1. Магнитоупругий датчик давления, содержащий заключенный в корпус чувствительный элемент в виде полого магнитоупругого цилиндра с элементом намагничивания внутри, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и улучшения линейности выходной характеристики, элемент намагничивания в нем выполнен в виде сердечника с обмоткой, причем ось сердечника, совпадающая с осью обмотки, и ось цилиндра взаимно перпендикулярны и лежат в одной плоскости, а между корпусом и наружной боковой поверхностью цилиндра выполнена полость, сообщенная с измеряемой средой.

2. Датчик по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что чувствительный элемент в нем выполнен в виде двух вложенных один в другой полых цилиндров, причем наружный цилиндр выполнен из немагнитного материала, а внутренний — из магнитоупругого.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 535476, кл. G 01 L 9/16, 1975.

2. Патент Японии 9 51-14395, кл. С 01 Ь 9/16, 1976 (прототип).

970151 фи . 2

ФигЛ фиг. 5

Составитель A. Соколовский

Редактор А.Orap Техред A.A÷ Корректор О. Билак

Закаэ 8374/49 Тираж 887 ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11.3035, Москва, Ж-35, Раумская наб., д. 4/5

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