Магнитоупругий датчик усилий Советский патент 1983 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к измерению механических усилий и. может применяться в весоизмерительной технике, машг ностроении, в системах автоматического регулирования технологическими процессами и з других отраслях народного хозяйства. Известен магнитоупругий датчик, содержащий две изгибаемые пластины, соединенные между собой на концах и в центре фиксирующими немагнитными вставками. Концевые вставки имеют призматические опоры, а измеряемое усилие прикладываетСИ к стяжному болту, проходящему через центральную вставку. Каждая изгибаемая .пластина по два продольных паза, расположенных между вставками и исполЬ: зуемых в качестве окон для размещения обмоток. Измеряемое усилие, приложенное к стяжному болту, обуславливает возникновение механических напряжений различных знаков в верхней и нижней пластинах. Магнитные сопротивления пластин изменяются, в связи с чем изменяется индуктивность обмоток, подключенных к источнику питания {1. Недостатком датчика является узкая область применения, связанная с низкой магнитоупругой чувствительностью дроссельных датчиков Б случае измерения усилий растяжения (продольный магнитоупругий эффект в материалах с ). Это обстоятельство, и обуславливает применение устройства практически исключительно для измерения усилий сжатия. Необходимость измерения этим устройством знакоперемен-, ных усилий приводит к существенному усложнению конструкции и снижению точноети измерения, так как требует использования двух датчиков, реверсора и анализатора знака усилия. Кроме того, наличие гальванической связи между источником питания и измерительной цепью в ряде случаев затрудняет рещёние задач суммирования сигналов нескольких магнитоупругих датчиков и получеиия более высокого напряжения выходного сигнала при низком напряжении питания. Наиболее близким к изобретению по тех- ; нической сущности является устройство, состоящее из цилиндрическ1эго чувствительного элемента с кольцевыми проточками, компенсационного элемента и соосных с ними магнитопроводов с размещенными между их полюсами цил4)ндрическими обмотками возбуждения и измерительными обмотками. Обмоткивозбуждения основного и компенсационных элементов соединены последовательно. При подключении их к источкику переменного тока создают во внутренних слоях чувствительного (основного) и компенсационного элементов магнитные потоки, замыкающиеся через магнитопроводы и при отсутствии измеряемого усилия индуктируют в измерительных обмотках равные ЭДС. Поскольку обмотай соединены последовательно и встречно, результирующее выходное напряжение равно нулю. При. действии измеряемого усилия магнитные потоки в чувствительном элементе и компенсационном изменяются на различную величину и возникает выходное напряжение датчика, пропорциональное измеряемому усилию 2. Недостатком устройства является узкая область применения, в связи с низкой магнитоупругой чувствительностью материала с положительной магнитострикцией при продольной ориентации магнитного поля относительно направления действия растягивающих напряжепий, что обусловливает применение магнитоупругого способа на основе изменения взаимоиндукции и устройства, его реализующего, практически только для измерения усилий сжатия. Необхо-димость измерения этим способом знакопеременных усилий приводит, как и в предыдущем .способе, к существенному усложению конструкции устройства и. снии ению точности измерения, так как требует применения двух датчиков, реверсора и анализатора знака усилий. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения знакопеременных усилий. Эта цель достигается тем, что в магиитоупругсзм датчике усилий, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра, и размещенный в чувствительном элементе элемент намагничиваиия, выполненный в виде магнитопровода с обмоткой намагничивания, ось которои совпадает с осью магнитопровода, в цилиндр помещены дополнительно один или два магнитопровода с измерительными обмотками, оси которых совпадают с осями магнитопроводо-в и параллельны оси элемента намагничивания, при этом элемент намагничивания установлен перп1еН:Дикулярно оси цилиндра. На фиг. I представлен трансформаторный датчик усилий, продольный разрез; на фиг- 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - зависимость измерительного сигнала от величины и знака измеряемого усилия. Устройство для измерения усилий, трубчатый чувствительный элемент 1, элемент намагничивания, расположенный внутри чувствительного элемента и состоящий из магнитопровода 2 с обмоткой намагничивания 3 и дополнительного магнитопровода 4 с расположенной на нем измерительной обмоткой 5. При подключении обмотки намагничивания 3 к источнику переменного тока в поверхностно.м внутреннем слое трубчатого .элемента 1 возникает окружной магнитный поток Фо. Одновременно появляется магнитный, поток ра ссеяния Фд, замыкающий;ся через воздух и дополнительный магнитопровод 4 с измерительной обмоткой 5. сигнал которой определяется величиной потока рассеяния, проходящего через- дополнительный магнитопровод, и числом витков измерительной обмотки Wy р vw, 1 - При действии на трубчатый чувстви- 1 тельный элемент усилия, направленного вдоль оси, изменяется магнитная проводимость поверхностного cлo внутренней поверхности трубчатого чувствительного элемента в окружном направлении, и, следовательно, величина потока рассеяния, сцепленного с измерительной обмоткой и ЭДС измерительной обмотки EU, .по которой можно судить о величине и знаке измеряемого усилия. Воздействие сжимающего усилия обуславливает в случае материала с положительной магнитострикц.ией поворот векторов намагниченности fg.. доменов перпендикулярно направлению действия механических напряжений сжатия, т.е. в иащем случае в окружном направлении. Элемент2 намагничивания создает во внешнем слое внутренней поверхности трубчатого чувствительного элемента окружное магнитное поле, т.е. поле ориентированное также, как и под действием осевого-сжимающего усиЛИЯ ориентируются векторы Is доменов. Магнитная проводимость магнитной цепи, по которой замыкается намагничивающий магнитный поток Фо, увеличивается, что обусЛавливает снижение потока рассеяния, имеющегося, практически, в любой магнитной цепи. По мере увеличения усилия сжатия сигнал, снимаемый с обмотки, сцепленной с потоком рассеяния, падает. Величина сигнала может быть увеличена, если .измерительную обмотку разместить на дополнительном магнитопроводе так, что их оси совпадают и параллельны оси магнитйпровода элемента намагничивания. При действии измеряемых осевых растягивающих усилий на трубчатый чувствительный элемент из материала е положительной магнитострикцией векторы намагниченности is доменов стремятся расположиться вдоль направления действия растягивающих механичесских напряжений, т.е в направлении образующей трубчатого чувствительного элемента. Это обуславливает уменьщение магнитной проводимости магнитной цепи, по которой замыкается намагничивающий поток Фа..И, как следствие, увеличение потока рассеяния и сигнала измерительной обмотки, сцепленной С ним Зависимость измерительного сигнала от знакопеременного усилия представлена на фиг. 2 (кривая I). Скомпенсировав начальную величину измерительного сигнала, при-. ходим к зависимости иизм. Ц)., проходящей через начало координат (кривая 2). Соеерщенно очевидно, что приведенная зависимость несет информацию и овеличине и о знаке измеряемого усилия. Магнитоупругий датчик усилия позволяет при сравнительно простой конструктивной схеме одним датчиком обеспечить измерение знакопеременных усилий.

МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра, и размещенный в чувствительном элементе элемент намагничивания, выполненный в виде магнитопровода с обмоткой намагничивания, ось которой совпадает с осью магнитопровода, отличающийся тем, .что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения знакоперемещенных усилий, в цилинд помещены дополнительно один или два магнитопровода с измерительными обмотками, оси которых совпадают с осями магнитопррводов и параллельны оси элемента намагничивания, при этом элемент намагничивания установлен перпендикулярно оси цилиндра. 4: СО Ч О) Фмг.7

0.