МАГНИТОДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1995 года по МПК G01R19/22 

Изобретение относится к технике измерения электрических величин и может быть использовано в измерительных приборах для измерения величин тока, напряжения и неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в электрические импульсы.

Известны измерительные механизмы (Измерения в промышленности. Справочник. /Под ред. П.Профоса, пер. с нем., М.: Металлургия, 1980, с.71 и далее; Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс./Под ред. Е.Н.Шрамкова. М.: Высшая школа, 1972, с.88 и далее и др.), в которых размещение подвижной части известных измерительных механизмов в подшипниках, создающих трение и образующих дополнительный люфт индикатора, снижает КПД и точность измерительных механизмов, а применение противодействующих и успокоительных устройств неизбежно приводит к ухудшению массогабаритных показателей, препятствующих микроминиатюризации измерительных приборов.

Наиболее близким к предлагаемому является электромагнитный измерительный механизм, состоящий из неподвижного магнитопровода с катушкой, между полюсными пластинами которого размещен с возможностью поворота ферромагнитный элемент на оси с растяжками, снабженными амортизационными устройствами.

Так как магнитопровод по прототипу имеет немагнитные зазоры, ось на растяжках обладает свободным ходом, а стрелочный индикатор увеличивает габаритные размеры прибора, то механизм по прототипу обладает низким КПД, малой точностью и не позволяет выполнить прибор микроминиатюрных размеров и массы.

С целью микроминиатюризации измерительного прибора магнитопровод выполнен в виде многослойной спирали из ферромагнитного материала, на поверхности которого в косом пазу под заданным углом размещен электроизолированный провод с выводами, образующий пространственную коническую спиральную обмотку, а в качестве индикатора использованы две цилиндрические поверхности со взаимно скрещенными под заданным углом линиями, одна из которых закреплена на корпусе, а другая - на центральном стержне спирального многослойного магнитопровода.

При прохождении тока по спиральной пространственной обмотке она стремится под действием магнитных сил принять плоскую форму.

Если при стягивании спиральной обмотки осуществляется сдвиг скрещенных линий относительно друг друга, то точка их пересечения смещается вдоль линий на величину, которая превосходит величину смещения линий в котангенс угла между ними, что создает отчетливую и точную индикацию смещения как функцию тока по обмотке, чем и обеспечивается достижение цели изобретения, позволяя выполнить прибор с механизмом микроминиатюрных размеров и масс.

На фиг. 1 приведен магнитодинамический измерительный механизм, вид сбоку; на фиг.2 - крышка механизма с осветителем, вид сбоку (а), и магнитодинамический механизм со снятой крышкой, вид сверху (б); на фиг.3 - силовой спиральный элемент измерительный механизм, вид сбоку; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 - то же, разрез вертикальной плоскостью; на фиг. 6 - то же, под током; на фиг. 7 - пластина спирального силового элемента в развернутом положении со стороны поверхности с проводом в пазу; на фиг.8 - то же, вид с торца; на фиг.9 - корпус индикатора с горизонтальной шкалой-щелью; на фиг.10 - подвижный индикаторный цилиндр с косой щелью; на фиг. 11 - схема работы индикатора со скрещенными линиями на подвижной и неподвижной поверхностях, а также обозначены координатные оси и соответствующие смещения механизма и индикатора.

Магнитодинамический измерительный механизм состоит из цилиндрического корпуса 1 с горизонтальной щелью-шкалой 2, крышкой 3 с осветителем 4, клемм 5 присоединения и измеряемой цепи. Внутри корпуса 1 в его верхней части на уровне щели-шкалы 2 размещены индикаторный подвижный цилиндр 6 с косой щелью 7 под заданным углом к горизонтальной щели-шкалы 2. Индикаторный цилиндр 6 прикреплен с помощью траверсы 8 к стержню 9 силового спирального элемента 10, который выполнен в виде многослойного спирального магнитопровода 11 из свернутой в спираль ферромагнитной пластины 12 с электроизолированным проводом 13. закрепленном в пазу 14 на поверхности пластины 12 под заданным углом к ее кромкам, например, с помощью клинового крепления. Концы провода 13 имеют выводы 15 и 16 через отверстия в корпусе 1 и присоединены к клеммам 5. Выводы 15 и 16 выполнены в виде гибких проводов из многопроволочных жил. Провод 13 в свернутой спирали магнитопровода 11 образует пространственную коническую спиральную обмотку, магнитное поле которой сконцентрировано внутри спирального магнитопровода 11 при любой деформации спирали обмотки. Силовой элемент 10 в сборе закреплен на дне корпуса 1, например, с помощью клея и т.п.

Материалом пластин 12 является ферромагнитный сплав, например пермаллой, поверхность пластины 12 покрыта тонким слоем графитовой смазки. Провод 13 выполнен медным в эмалированной изоляции.

Материалом корпуса 1 и подвижного индикатора 6 является непрозрачный полимер, плотная бумага, тонкие листы стали и т.п. в случаях использования осветителя по описанному. При выполнении корпуса 1 и индикатора 6 из прозрачных полимеров, стекла и т.п. шкала 2 и щель 7 выполняются в виде рисок-углублений с нанесенной краской в углублении, а потребность в осветителе отпадает, но наблюдение показаний с прибором по описанному возможно в освещенном помещении.

Применение предлагаемого осветителя обеспечивает записывание показаний механизма в течение времени с помощью светочувствительной подвижной у пересечения шкалы 2 и щели 7 ленты-бумаги.

Магнитодинамический измерительный механизм работает следующим образом.

Клеммы 5 подсоединяются к измеряемой цепи, механизм устанавливается на столе, щите, стенде и т.п. При включении осветителя 4 с непрозрачными корпусом 1 и индикатора 6 на шкале 2 светится точка пересечения, положение которой обозначается нулевым значением измеряемой величины. При включении тока на клеммы 5 по спиральной обмотке провода 13 протекает электрический измеряемый ток, под действием магнитных сил которого спиральная пространственная обмотка провода 13 стремиться принять плоскую форму, вызывая при этом реакцию упругих сил витков спирального магнитопровода 11 из магнитной пластины 12, в результате равновесия которых средняя область силового элемента 10 со стержнем 9 выступит за пределы элемента 10, сдвигая на траверсе 8 индикатор 6 со щелью 7. В результате смещения щели 7 относительно щели 2 точка их пересечения сместится вдоль шкалы-щели 2 на величину, которая превышает величину вертикального выступа стержня 9 за пределы элемента 10 в котангенс угла между линиями щели 2 и щели 7, который выполняется порядка 5-15 угл. град., обеспечивая смещение точки пересечения линий щелей 2 и 7 на величину, превосходящую смещение стержня 9 в десятки раз.

Так как в предлагаемом механизме предотвращается применение стрелочных индикаторов, противодействующих и успокоительных устройств, а магнитный поток замыкается в магнитопроводе, то повышается КПД механизма, улучшаются его массогабаритные показатели, увеличивается точность измерений.

Эффективность описанного измерительного механизма определяется его конкретным выполнением по конкретному применению. Так, например, магнитодинамический измерительный механизм по описанному в качестве микроамперметра в корпусе цилиндрической формы габаритами 10 х 10 мм с силовым элементом из пластины пермаллоя толщиной порядка 0,1 мм, шириной 5 мм и длиной 50 мм с проводом по диагонали пластины, выполненным из медной жилы сечением порядка 0,002 мм² позволяет производить измерения тока от 0 до 10 мА по шкале длиной около 16 мм при КПД порядка 99%, что невозможно по прототипу или другим аналогичным механизмом.

Использование: в измерительной технике и может использоваться в измерительных приборах для измерения электрических и неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в электрические импульсы. Сущность изобретения: с целью уменьшения габаритов в магнитодинамическом измерительном механизме силовой элемент выполнен в виде многослойного спирального магнитопровода со спиральной пространственной конической обмоткой на провода, закрепленного в новом пазу на поверхности ферромагнитной пластины, а в качестве индикатора использованы две соосные цилиндрические поверхности со взаимно скрещенными под заданным углом линиями. 11 ил.

МАГНИТОДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, состоящий из магнитопровода с обмоткой и индикаторным устройством, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде многослойной спирали из ферромагнитного материала, на поверхности которого в косом пазу под заданным углом размещен электроизолированный провод с выводами, образующий пространственную коническую спиральную обмотку, а в качестве индикатора использованы два полых цилиндра со взаимно скрещенными под заданным углом линиями, одна из которых закреплена на корпусе, а другая - на центральном стержне спирального многослойного магнитопровода.