Силоизмерительный датчик Советский патент 1983 года по МПК G01L1/12 

(5) СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении для создания аппаратуры контроля давлений, разности давлений, измерения малых усилий в нефтехимической, нефтеперерабатывающей, автотракторной и других отраслях народного хозяйства.

Известен магнитоупругий преобразователь усилий, содержащий замкнутый магнитопровод в виде консольно yctaновленного пакета пластин из магнитоупругого материала с. промежуточным немагнитным слоем, снабженный прорезью для размещения измерительных обмоток. При этом немагнитный слой разделяет пластины с противоположным знаком магнитострикции.

Приложение к магнитопроводу усилия, направленного перпендикулярно плоскости пакета пластин и продольной оси преобразователя, вызывает его изгиб. При этом в пластинах на одной стороне пакета возникают напряжения

сжатия, а на другой - растяжения, но изменение (приращение) намагниченности пластин вследствие противоположных знаков их магнитострикции будет иметь один и тот же знак, а величина переменного тока, проходящего через катушку, охватывающую пакет пластин, изменится в определенной зависимости от деформации магнитопровода (например с изгибом вниз - воз10растает, а с изгибом вверх - убывает) .

Поскольку усилия и соответствующие им деформации приводят при изгибе данного преобразователя к возникнове нию механических напряжений, пропорциональных изгибу, его чувствительность тем выше, чем тоньше немагнитная прокладка, так как при уменьшении толщины прокладки увеличиваются меха20нические напряжения в пластинах при том же усилии ОНедостатками данного преобразователя являются его малая жесткость и низкая точность преобразования, так как повышение жесткости и, соответственно, улучшение метрологических характеристик путем увеличения толщи ны немагнитной прокладки весьма огран чены, ибо чем большую часть усилия воспринимает эта прокладка, тем значительнее силовое шунтирование магни тострикционных пластин, тем ниже точ ность. Кроме того, материалы с отрицательной магнитострикцией по сравне нию с материалами,обладающими поло1кительной магнитострикцией, обеспечивают с ростом нагрузки значительно меньшее приращение сигнала по мощное ти и напряжению, имеют различные характеры нелинейности, что не позволяет получить линейные выходные хара теристики преобразователя и исключит его температурные погрешности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту .к из бретению является магнитоупругий пре образователь, содержащий замкнутый магнитопровод, состоящий из двух ма1- нитных контуров в виде двух параллельных пластин из материала с одинаковой магнитострикцией, снабженных прорезями для размещения измерительных обмоток, хвостовик для защемления на одном конце, силопередающий элемент (опорная площадка) на другом конце, немагнитный материал, размещенный между пластинами и выполненный в форме стоек, соединяющих пластины и расположенных по их контуру, при этом стойки п виклеены к пластинам, а измерительные обмотки намотаны на каждой пластине в отдельности. Другой вид соединения стоек с пластинами без нарушения метрологических характеристик преобразователя в настоящее время не известен С. Недостатками этой конструкции преобразователя являются ограниченность измеряемого усилия и возможностей применения преобразователя, определяемая ненадежностью клеевого соединения немагнитных стоек с магнитострикционными пластинами в плоскости, перпендикулярной усилию, особенно при работе в условиях вибраций, высоких температур (например при измерении давления масла в системе смазки двигателей трактора и автомобилей), и недостаточная точность работы преобразователя вследствие гистерезиса клеевого соединения и его ползучести, ведущей к уходу нулевой точки характеристики. Цель изобретения - улучшение метрологических характеристик датчика и расширение области его применения, Указанная цель достигается тем, что каждая пластина снабжена ребрами жесткости, расположенными по обе стороны прорези и выполненными в випакета из материала пластины, изодегнутого по линиям, параллельным продольной рси симметрии пластины, при этом одни концы ребер жесткости защемлены в хвостовике, а другие - в опорной площадке, Выполнение ребра жесткости пласТИН в виде плотного пакета материала той же пластины, многократно изогнутого по линиям, параллельным оси пластины (свернутых в плотную трубку либо сложенных зигзагом) позволяет упрочнить конструкцию датчика без снижения его чувствительности, поскольку такая конструкция удовлетворяет одновременно условиям повышения механической прочности пластины за счет повышения момента инерции сечения с утолщением, соответствующим ребру жесткости, а с другой стороны при этом толщина пластины не увеличивается, поскольку ребро жесткости выполняется многократным изгибом в плотный пакет материала той же пластины без изменения его толщины. Магнитострикционные свойства пластины не изменяются, поэтому не изменяется чувствительность преобразователя, Поскольку жесткость пластин увеличена наличием ребер жесткости, а защемление концов пластин образует жесткую пространственную конструкцию, это обуславливает возможность исключения из конструкции немагнитных стоек и клеевого соединения стоек с пластинами, расширяя диапазон измеряемых усилий и исключая недостатки, присущие клеевому соединению; повышает надежность работы датчика в условиях вибрации и расширенного диапазона температур, а также повышает точность работы датчика за счет исключения гистерезиса клеевого соединения и, вследствие этого, уменьшает вариационную погрешность датчика, улучшая его метрологические характеристики. На фиг. 1 дан общий вид датчика с пластинами, многократно сложенными в виде полуцилиндров (или угольников); на фиг. 2 - отдельная пластина, многократно сложенная в виде полуцилиндров {или угольников); на фиг. 3 - общий вид датчика с пластинами, свернутыми в рулон (трубку); на фиг. k - отдельная пластина, свитая в два рулона (трубки). Силоизмерительный датчик (фиг. 1 и 3) содержит два магнитных контура в виде пластин 1 и 2 из магнитострик ционного материала с одинаковым знаком магнитострикции, снабженных прорезями 3, хвостовик k на одном конце продольной оси преобразователя и опо ную площадку 5, параллельную плоскости пластин, на другом конце оси, измерительные обмотки 6 и 7, пропущенные в прорези каждой пластины и включенные в плечи измерительного моста (не показан). На пластинах по обе стороны прорезей выполнены ребра жесткости 8, образованные путем многократного складывания пластины зигзагом по линиям, параллельным продольной оси магнитопровода в плотный пакет с последующим общим продольным изгибом, придающим пакету вид полуцилиндра (уголка) или же путем свора чивания пластин в плотные рулоны(труб ки). Датчик работает следующим образом При нагружении Датчика усилием Р, приложенным в направлении, перпендикулярном его продольной оси и плоскости опорной площадки 5 его верхняя пластина 1 растягивается, а нижняя 2 сжимается вследствие того, что пластины 1 и 2 защемлены в хвостовике и опорной площадке 5- Все измеряемое усилие Р преобразуется в на пряжение растяжения верхней пластины 1 и напряжение сжатия нижней плас тины 2, так как других элементов, воспринимающих его, нет. Поскольку измерительные обмотки 6 и 7 охватывают каждую пластину 1 и 2, изготовлены из материала с одинаковым зна180 магнитострикции, а при изгибе в ком пластинах возникают напряжения различных знаков, то, например, в обмоТках 6 ток убывает, а в обмотках 7 возрастает. Суммирование этих сигналов производится посредством измерительного моста (не показан), в плечи которого включены обмотки 6 и 7, а выходной сигнал снимается с диагонали.моста, Формула изобретения Силоизмерительный датчик, содержащий магнитоупругий преобразователь, выполненный в виде двух пластин из материала с одинаковым знаком магнитострикции, снабженных прорезями, измерительные обмотки, пропущенные в прорези каждой пластины и включенные в плечи измерительного моста, хвостовик на одном конце продольной оси преобразователя и опорную площадку на другом конце оси преобразователя, параллельную плоскости пластин, отличающийся тем, что, с целью улучшения метрологических характеристик датчика и расширений области его применения, каждая пластина снабжена ребрами жесткости, расположенными по обе стороны прорези и выполненными в виде пакета из материала пластины, изогнутого по линиям, параллельным продольной оси симметрии пластины, при этом одни конць ребер жесткости защемлены в хвостовике, а другие - в опорной площадке. Источники информации, ,принятые во внимание при экспертизе 1.Гуманюк М.Н. Магнитоупругие датчики в автоматике. Киев. Техника, 1972, с. 108-112. 2.Авторское свидетельство СССР (Р 521А79, кл. G 01 L 1/12, 1975 (прототип)..

Фиг

Фиг.2

S-B