ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР Российский патент 1995 года по МПК G01R5/14 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, точнее к электромагнитным измерительным приборам, в которых изменение электрического параметра преобразуется во вращательное движение подвижной системы посредством взаимодействия магнитного поля неподвижной измерительной катушки с подвижным ферромагнитным элементом, закрепленным на поворотной оси.

Известны электромагнитные измерительные приборы, содержащие измерительную катушку, размещенную на неподвижном магнитопроводе с двумя полюсными наконечниками, каждый из которых имеет щель, образованную смещенными на некоторое расстояние друг от друга пластинами, содержащие также подвижный ферромагнитный элемент, несимметричный относительно поворотной оси, размещенный в щелях полюсных наконечников магнитопровода.

Известен также электромагнитный измерительный механизм, отличие которого от упомянутых выше состоит в том, что поворотная ось размещена в области внутреннего полюсного наконечника, который частично охватывается внешним полюсным наконечником.

Недостатком этих конструкций является недостаточная чувствительность при обеспеченной технологичности и надежности работы прибора.

Как известно, чувствительность такого прибора обобщенно характеризуется числом ампер-витков IW, т.е. произведением тока при полном повороте системы на число витков катушки:
(IW)²= M_пр· M_пр·
(1) где М_пр противодействующий момент пружины или растяжки;
α угол поворота подвижной системы;
изменение магнитной проводи мости магнитной системы по углу поворота подвижной системы;
изменение площади воздушного зазора между полюсными наконечниками и подвижным ферромагнитным элементом;
δ расстояние между поверхностями пластин полюсных наконечников, образующих щель;
μ_о магнитная проницаемость воздуха.

Из формулы (1) видно, что чувствительность тем выше, чем меньше расстояние между поверхностями пластин полюсных наконечников, образующих щель.

Однако путь повышения чувствительности за счет уменьшения δ наталкивается на технологические трудности. Так как при изготовлении и сборке подвижной части возможны отклонения от заданных размеров по неплоскостности ферромагнитного элемента, неперпендикулярности его относительно оси вращения, межцентрового смещения опор подвижной системы, то при выборе малых значений δ возможно касание подвижного элемента о полюсные наконечники, что лишает прибор работоспособности.

Другой путь повышение чувствительности за счет увеличения площади воздушного зазора S также не является эффективным, так как при этом следует увеличивать радиусы подвижного элемента, следовательно, увеличатся линейные отклонения от заданной плоскости перемещения подвижного элемента из-за неплоскостности, неперпендикулярности и смещения опор, что приведет к необходимости увеличить δ и суммарный эффект от увеличения S и δ не позволит повысить чувствительность прибора.

Целью изобретения является повышение чувствительности прибора при обеспеченной технологичности и надежности.

Цель достигается тем, что в электромагнитном приборе, содержащем измерительную катушку, размещенную на неподвижном магнитопроводе с двумя полюсными наконечниками, каждый из которых имеет щель, образованную смещенными на некоторое расстояние друг от друга пластинами, причем один из полюсных наконечников частично охватывается другим, содержащий также подвижный ферромагнитный элемент, размещенный в щелях полюсных наконечников, выполненный несимметричным относительно поворотной оси, на который он размещен и которая размещена в области внутреннего полюсного наконечника, согласно изобретению расстояние между пластинами, образующими щель внутреннего полюсного наконечника, меньше расстояния между пластинами, образующими щель внешнего полюсного наконечника.

На фиг.1-5 представлены варианты выполнения электромагнитного измерительного прибора согласно изобретению; на фиг.1-3 электромагнитный прибор изображен в трех проекциях.

Устройство содержит измерительную катушку 1, расположенную на неподвижном магнитопроводе 2, полюсные наконечники 3 и 4 которого имеют щели 5 и 6, образованные смещенными на некоторое расстояние δ пластинами. В щелях размещен подвижный ферpомагнитный элемент 7, который закреплен на оси 8 и несимметричен относительно нее. Ось 8 находится в области внутреннего полюсного наконечника 4. Пластины полюсного наконечника 4 расположены друг от друга на более близком расстоянии, чем пластины полюсного наконечника 3, и таким образом, δ₅> δ₆. Благодаря этому чувствительность прибора повышается, что видно из формулы (2):
(IW)²= M_пр· M_пр C M_пр·
(2) где δ₅ щель в полюсном наконечнике 3;
δ₆ щель в полюсном наконечнике 4;
S₅ площадь части подвижного элемента, находящаяся в щели 5;
S₆ площадь части подвижного элемента, находящаяся в щели 6;
m K .

Так как предлагается δ₅> δ₆, то k>1 и число ампер-витков IW будет меньше, чем при k=1, т.е. чувствительность повышается.

При этом, как показано на фиг.1, при допустимой неплоскостности подвижного элемента γ, неперпендикулярност β плоскости повижного элемента по отношению к поворотной оси, а также при возможной неперпендикулярности оси ω по отношению к плоскостям, образующим щели полюсных наконечников, конструкция достаточно надежна, чтобы предотвратить касание подвижного и неподвижных элементов.

Поскольку линейные отклонения от заданной плоскости перемещения из-за неплоскостности подвижного элемента, его неперпендикулярности и смещения опор находятся в пропорциональной зависимости от расстояния наибольшего удаления кромок подвижного элемента от поворотной оси, то оптимальным соотношением δ₅ и δ₆ будет
≈ , где R_н наибольшее удаление кромок подвижного элемента, находящихся в щели 3;
R_в наибольшее удаление кромок подвижного элемента, находящихся в щели 4.

В конструкции, изображенной на фиг. 1-3, где соотношение Rн/Rв равно примерно 2,5, оптимальное соотношение δ₅/δ₆ тоже должно быть 2,5, что, согласно формуле (2), например при S₅/S₆=1, позволит снизить ампер-витки полного отклонения IW в 1,4 раза.

В более усовершенствованной конструкции для дальнейшего увеличения чувствительности предлагается, кроме того, расстояние между пластинами, образующими щель внутреннего полюсного наконечника, выполнять уменьшающимся по направлению к поворотной оси.

На фиг.4 и 5 представлены варианты исполнения, иллюстрирующие это дополнительное усовершенствование. Расстояние между пластинами полюсного наконечника 4, образующими щель 6, уменьшается в направлении поворотной оси. Это уменьшение расстояния может быть ступенчатым, как показано на фиг.4, или плавным, как показано на фиг.5. Конструкция по фиг.5 дает более полный эффект в достижении более высокой чувствительности. Конструкция, изображенная на фиг. 4, требует дополнительных деталей и усложняет конструкцию и технологию тем, что требует обеспечить соединение дополнительных деталей, но может быть рекомендована в том случае, если магнитопровод выполнен из стали с высоким содержанием кремния, поскольку такая сталь является очень хрупкой и при изгибании пластин полюсного наконечника 4, как показано на фиг.5, будут появляться трещины.

Принцип выбора оптимального расстояния между пластинами, образующими щель 4, такой же, как и в конструкции по фиг.1-3.

Предлагаемый прибор работает следующим образом. При прохождении в измерительной катушке 1 измеряемого тока в магнитопроводе 2 возникает магнитный поток, который замыкается через полюсные наконечники 3 и 4, подвижный ферромагнитный элемент 7 и через воздушные щели 5 и 6. Возникающие при этом силы магнитного притяжения стремятся расположить подвижный элемент 7 по отношению к полюсным наконечникам 3 и 4 неподвижного магнитопровода 2 таким образом, чтобы магнитная проводимость всей магнитной системы была наибольшей. Поскольку ферромагнитный элемент 7 закреплен на поворотной оси 8, то у него только одна степень свободы поворот на этой оси. В изображенных на фиг. 1-4 конструкциях поворот подвижного элемента будет происходить так, чтобы обеспечить максимальную площадь зазора между наконечником 3 и подвижным элементом 7, т.е. по ходу движения часовой стрелки. Вращающий момент будет тем больше, чем больше величина измеряемого тока. На поворотной оси укреплен указатель 9, который перемещается вдоль отградуированной шкалы 10. Поскольку конструкция снабжена упругим элементом (на чертежах не показан), создающим противодействующий момент, пропорциональный углу поворота указателя, то каждому значению измеряемого тока соответствует определенное положение указателя.

Благодаря усовершенствованиям, предложенным данным изобретением, имеются следующие возможности: измерить более низкое значение тока или напряжения; уменьшить число витков измерительной катушки, тем самым снизить потребляемую мощность при измерении; увеличить противодействующий момент и таким образом повысить точность прибора.

Сущность изоббретения: в электромагнитном измерительном приборе расстояние между пластинами, образующими щель внутреннего полюсного наконечника, меньше расстояния между пластинами, образующими щель внешнего полюсного наконечника. Расстояние между пластинами, образующими щель внутреннего полюсного наконечника, уменьшается по направлению к поворотной оси. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, содержащий измерительную катушку, размещенную на неподвижном магнитопроводе с внутренним и внешним полюсными наконечниками в виде параллельных пластин, и несиметричный подвижный ферромагнитный элемент, установленный между пластинами полюсных наконечников на оси, пересекающей плоскость внутреннего полюсного наконечника так, что центр тяжести подвижного ферромагнитного элемента смещен относительно оси в сторону внешнего полюсного наконечника, отличающийся тем, что плоскость подвижного ферромагнитного элемента не параллельна пластинам полюсных наконечников, а расстояние между пластинами внутреннего полюсного наконечника меньше, чем между пластинами внешнего полюсного наконечника. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что внутренний полюсной наконечник выполнен X-образным в проекции на плоскость, параллельную оси.