Трансформаторный датчик отклонения для весов с электромагнитным уравновешиванием Советский патент 1983 года по МПК G01G7/02 

Изобретение относится к весоизмерительной технике. Известны весы с электромагнитным уравновешиванием, в которых датчик отклонения выполнен в виде четырех катушек, размещенных внутри цилиндрических полусердечникрв броневого типа, попарно укрепленных в обо ме соосно на двух параллельных осях открытыми сторонами навстречу друг другу и с зазором между собой, в котором размещен флажок, соединенный с коромыслом весов l Недостаток этого датчика заключается в низкой чувствительности, что обусловлено слабоймагнитной связью генераторных и приемных катушек и низкой эффективностью экрана в виде флажка. Наиболее близким к предлагаемому является трансформаторный датчик отклонения для весов с электромагнитны уравновешиванием, содержащий смонтированные на общем каркасе генераторную катушку и две идентичные при емные катушки, расположенные соосно генераторной катушке и на одинаковом расстоянии от ее центра, и взаимодействующий с катушками якорь соединенный с чувствительным элемейтом весов 2. Известный датчик не может быть применен в качестве преобразователя перемещения в лабораторных весах с высокой чувствительностью и точностью, так как коромысло таких весов, асе размещенные на нем детали а также узлы и детали, подвешенные к коромыслу, должны быть выполненными из немагнитных материалов, имеющи малое значение магнитной восприимчивости (обычно не более . С в противном случае весы оказываются подверженными влиянию внешних магнитных и электромагнитных полей (вариации магнитного поля Земли, влияние магнитных и электромагнитных полей энергетических и промышленны; установок, приборов, электрической сети VI т.д.). В случае-использования известного датчика соленоидного типа в-качестве преобразователя перемещения необходимо было бы катуш ки закрепить-на неподвижной опоре, а якорь (ферромагнитный сердечник) подвесить к одному из плеч коромыс;ла весов (система подвижный магнит неподвижная катушка), что совершенно недопустимо в весах высокой точ- .; ности, а тем более в весах, предназначенных для использования в установке для метрологического обеспечения области измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов весовым методом. При расположении же катушек преобразователя на коромысле весов, когда катушки подвешены к коромыслу, а (ферромагнитный сердечник) неподвижен и закреплен на опоре (система подвижная катушка - неподвижный магнит), на коромысло весов действует сила со стороны проводов, подводящих ток к катушкам, что, в конечном итоге, также уменьшает чувствительность весГов и снижает точность взвешивания. Цель изобретения - повышение чувствительности датчика отклонения путем увеличения эффективности экранирующего действия якоря. Поставленная цель достигается teM, что в трансформаторном датчике отклонения для весов с электромагнитным уравновешиванием, содержащем смонтированные на общем каркасе генераторную катушку и две идентичные приемные катушки, расположенные соосно генераторной катушке и на одинаковом расстоянии от ее центра, и взаимодействующий с катушками якорь, соединенный с чувствительным элементом весов, якорь вь1полнен в виде полого цилиндра из немагнитного проводящего материала и размещен в кольцевом зазоре между генераторной и приемными катушками, причем генераторная катушка снабжена ферромагнитным сердечником. Сооосное расположение генераторной и приемных катушек обеспечивает максимальную индуктивную (магнитную) связь между ними, в результате которой в приемных катушках наводятся значительные по величине ЭДС. Экран, имеющий форму полого цилиндра, охватывая генераторную катушку, обеспечивает надежное и эффективное экранирование перекрываемых участков приемных катушек. Возрастание величины полезного сигнала на выходе датчика и его заметное изменение при самом незначительном перемещении экрана приводит к повышению чувствительности и точности весов с электромагнитным уравновешиванием, а возникающая при движении экрана сила 3T0 взаимодействия между магнитным поле вихревых токов экрана и полем гене раторнои катушки успокаивает колебания коромысла, что способствует сокращению времени измерения. .На чертеже изображены весы с элек тромагнитным уравновешиванием и трансформаторным датчиком отклбнения. . Коромысло 1 при помощи опорного элемента (опорной призмы)2 установ- лено на подушке 3. На концевбй призме k навешена подвеска 5 с чашкой 6, на которой расположен взвешива емый объект 7. , Трансформаторный датчик 8 откяоне ния коромысла 1 состоит из генера- , „ торной катушки 9 с ферромагнитным сердечником 10, служащим для усиле-; ния магнитного потока, двух иден- тичных приемных катушек 11 и 12, раС положенных соосно на одинаковых расстояниях от центра генераторной катушки 9 и охватывающих ее, и под- вижного немагнитного проводящего як ря (экрана) 13 в форме полого цили ра, прикрепленного к чашке 6 весов. Якорь (экран) 13 помещен в кольцевом зазоре между генераторной 9 и приемными 11 и 12, катушками, намотанными на немагйитном и непроводящем каркасе И. Генераторная катушка 9 подключена к генератору 15 высокой частоты. Приемные катушки 11 и 12 подключены к входу блок 16 пр образования сигнала отклонения, выход которого подключен к входу усилителя 17. Выход усилителя 17 через индикатор 18 и регистратор 13 подключен к электромагнитному компенсатору 20, подвижный элемент которого подвешен к коромыслу 1 весов. Длина генераторной катушки 9i приемных катушек 11 и 12, расстояни между приемными катушками 11 и 12, а также высота экрана 13 рпределяются из следующих соображений. Максимально допустимой автоматически взвешиваемой массе, определяемой верхним пределом диапазона ав7 томатического взвешивания на данных весах, соответствует максимальное отклонение коромысла 1 весов от положения равновесия, т.е. максимальное перемещение (х:од) якоря (экрана 13. Максимальный сигнал на выходе датчика 8 получается в случае, когд одна из приемных катушек полностью 24 открыта а другая полностью экранирована. По технологическим соображениям (удобство намотки, придание жесткости конструкции) приемные катушки наматываются не вплотную, а на некотором расстоянии друг от друга. Очевино, что в таком случае, для обеспечения максимального выхода сигнала (полного открытия одной . и экранирования другой приемной катушки) , длина приемных.катушек 11 и 12 должна быть вы брана равной удвоенному максимальному перемещению ходу якоря 13, а высота якоря 13 должна быть равной расстоянию между центрами приемных катушек 11 и 12. В противном случае или приемные катушки 11 и 12 или экран будут использоваться неполностью. Исходя из необходимости обеспечения наиболее сильной магнитной связи между генераторной 9 и приемными катушками 11 и 12 и полного их использования, длина генераторной катушки 9 выбирается равной расстоянию от-начала одной из приемных катушек до конца другой. Конкретные параметры элементов датчика 8 (длина генераторной и приемных ка7 тушек, их диаметры, вид материала и толщина стенки экрана, диаметр провода, число витков катушек)опреде ляются в каждом отдельном случае, исходя из конструктивных соображений с учетом величины тока и частоты возбуждения генератора 15 а также особенностей схемы блока 16 преобразования сигнала отклонения. Весы работают следующим образом. В положении равновесия, когда на чашке 6 весов отсутствует взвешивае(«)|й объект 7« якорь О расположен в зазоре между гене раторной 9 и приемными 11 и 12 катушками так, что центры симметрии генераторной катушки 9 и якоря 13 совпадают. При таком расположении якорь 13 перекрывает (экранирует) одинаковые по размерам- участки приемных катушек Пи. 12, поэтому возбуждаемый токами высокой частоты от генератора 15 магнитный поток генераторной катушки 9 наводит в катушках 11 и 12 равные по величине ЭДС. Наведенные ЭДС пост пают в блок 16 преобразования сигнала отклонения, где выпрямляются и сравниваются. В случае равенства наведенныхВ катушках 11 и 12. ЭДС сигнал на выходе блока 16 преобразо вания отсутствует. При наложении

взвешиваемого объекта 7 на чашку 6 аево коромысло 1 отклоняется от гюложения( равновесии на некоторый угол, что приводит к перемещению якоря 13. В результате приемные катушки 11 и 12 iокажутся неодинаково перекрытыми (экра|4ируе «4ми) и в них наведутся разные по величине ЭДС На выходе блоке 16 преобразования появится сигнал, пропорциональный разности наведенных ЭДС, а в конечном итоге пропорциональный углу отклонения коромысла 1 весов от положений равновесия. После усиления усилителем 17 сигнал отклонения через индикатор 18 и регистратор 19 подается на электромагнитный компенсатор 20. Под действием протёкаюцего через электромагнитный компенсатор 20 тока подвижный элемент компенсатора 20 воздействует на коромысло 1 весов, уравновешивая воздействие оо стороны взвешиваемого объекта 7 О массе взвешиваемого объекта судят по величине постоянного тока на выходе усилителя 17, фиксируемого с Помощью индикатора 18 и регистратора 19.

При этом датчик 8 выполняет одновременно и роль магнитного успокоителя колебаний коромысла 1, При перемещении проводящего якоря 13 в

воздушном кольцевом зазоре йежду ге нераторной 9 и приемными 11 и 12 катушками в нем возникает ЭДС индук ции. Под действием этой ЭДС образу- , ется магнитное поле вихревых токов, взаимодействующее с полем генераторной катушки 9. Сила взаимодействия магнитных полей, приложенная через экран 13 к плечу коромысла 1 весов, действует таким образом, что создает момент, гасящий колеб.ания коромысла 1. Габариты и конфигурация якоря 13 таковы, что его демпфирующее действие достаточно для успокоения колебаний коромысла 1 и весы не нуждаются в специальном успокоителе.

Значительное увеличение коэффициента индуктивной связи (магнитной связи) между генераторной и приемными катушками датчика отклонения за счет их соосного расположения и применение высоко, эффективного подвижного экрана, имеющего форму полого цилиндра, размещенного в кольцевом зазоре между генераторной и приемными катушками, позволяет существенно повысить чувствительность и точность весов с электромагнитным уравновешиванием, а также сократить время измерения. / f

ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК ОТКЛОНЕНИЯ ДЛЯ ВЕСОВ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержа- щий смонтированные на общем каркасе генераторную катушку и две идентичные приемные катушки, расположенные соосно генераторной катушке и на одинаковом расстоянии от ее центра, и взаимодействующий с катушками якорь, соединенный с чувствительным элементом весов, о т л и ч а . щ и и с я тем, что, с целью повышения его чувствительности за счет . увеличения эффективности экранирующего действия якоря, якорь выполнен в виде полого цилиндра из .немагнитного проводящего материала и размещен в кольцевом зазоре между генераторной и премными катушками, причем § генераторная катушка снабжена ферромагнитным сердечником. (Л