Электромагнитный преобразователь усилий сжатия Советский патент 1984 года по МПК G01L1/14 

Изобретение относится к технике электрических измерений механических величин и может быть использовано при контроле различного рода силовых воздействий - давления жидкостей и газов, разности давлений, механических напряжений в сыпучих и твердых средах например в бетоне, грунтах и т.п. Известны электромагнитные мембранные преобразователи усилий сжатия, содержащие корпус, мембрану и измерительные обмотки, включенные дифференциально или в мостовую цепь tl . К недостаткам преобразователей относятся невысокая чувствительность к перемещению мембраны, вызванному и менением контролируемой величины, и большие габариты. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является индуктивный датчик давления, содержащий основание, мембрану и измерительную обмотку 2. Недостатком указанного преобразователя является низкая чувствительность. Цель изобретения - повьпиение чувствительности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь усилий сжатия, содержащий мембрану, основание с профилем, подобньм профилю мембран при ее максимальном прогибе, и измерительную обмотку, снабжен второй мембраной, симметрично расположенной относительно первой мембраны, центры которых связаны штоком, и тремя измерительными обмотками, одна из которых расположена симметрично первой обмотке на основании и включена с ней дифференциально, а две другие расположены на внутренних поверхностям мембран, каждая из обмоток на мембранах последовательно и согласно соединена с соответствующей обмоткой на основании, причем все обмотки выполнены печатными в виде соосно расположенных идентичных эллипсов с параллельными большими осями, при этом отношение длины большой оси каждого эллипса к малой выбрано в пределах 3-5, а внутренние поверхности мембра и основания выполнены из магнитомягкого материала с положительной магни тострикцией и толщиной не менее 0,05 длины большой оси эллипса. 79 На чертеже схематически изображен электромагнитный преобразователь усилий сжатия. . Электромагнитный преобразователь содержит основание 1, на котором размещены дифференциально включенные измерительные, обмотки 2 и 3, мембраны А и 5 с дополнительными измерительными обмотками 6 и 7, и съемную крьшгку 8. Центры мембран жестко связаны между собой посредством штока 9. На внутренние поверхности мембран и основание нанесено ферритовое покрытие 10. Основание 1 изготавливается из ферромагнитного материала, например магнитной стали. Измерительные обмотки 2, 3, 6 и 7 изготавливаются по печатной техноло-j гни из высокоэлектропроводной (медной, алюминиевой) фольги и герметизируются прочной диэлектрической пленкой, например полиимидной. Мембраны 4 и 5 изготавливаются из упругих материалов, например бронзы Б- и т.п. Толщина мембран определяется диапазоном изменения и величиной контролируемого усилия. Ферритовое покрытие 10 наносится методом напыления. Низкая электропроводность покрытия обеспечивает снижение активных потерь в обмотках, уменьшающих их добротность. Преобразователь работает следующим образом. Измерительные обмотки 2, 6 и 3, 7 подключаются в схему питания и измерения, например в мостовую или дифференциальную, в качестве элементов контуров автогенератора. Перемещение мембран 4 и 3 под воздействием контролируемого усилия вызывает изменение индуктивностей обмоток и, как следствие, частоты л биений автогенератора. i Рассмотрим этот процесс более подробно. Изменение индуктивностей обмоток обусловлено следующими причинами: влиянием расстояния до второго ферромагнитного покрытия, поскольку печатная обмотка, находящаяся на ферромагнитной подложке, увеличивает свою индуктивность примерно до 2U; суммарная индуктивность двух последовательно соединенных соосных печатных обмоток при их сближении изменяL, Ц ется от 3 где коэффициент связи; для магн томягких материалов характерно довол но значительное изменение магнитной проницаемости /U, цри деформации. Для материалов с положительной магнитострикцией pacтягивaюIц e напряжения (прогиб мембраны) вызывают увеличение, а следовательно, и индуктивностей обмоток, а сжимающие (выгиб мембраны) - уменьшение fj- и соответственно индуктивностей. Наибольшее приращение индуктивно ти печатных обмоток в зависимости о величины механических напряжений в мембранах достигается при изготовле нии обмоток овальной формы с величи ной отношения большой оси к малой 3-5. Полное изменение индуктивностей каждой пары обмоток будет обусловле но совместным действием этих трех факторов. Величина начального зазора при отсутствии деформации мембраны выби рается такой, чтобы обеспечить одинаковое изменение индуктивностей обмоток при прогибе и выгибе мембраны. Преобразователь способен работат в двух режимах: а) измерения одно79стороннего усилия, например Ру и при Р.бпте в жидких и газообразных средах, в этом случае мембрана 5 закрывается крьш1кой 8; б) изменения разности усилий Р - Р. В зависимости от соотношения величин усилий мембраны 4 и 5 прогибаются совместно по направлению действия большего усилия. При равенстве усилий мембраны практически ие деформируются. Р Р. В Пусть Р -J Р2 В этом случае мембрана 4 прогибается внутрь корпуса преобразователя, а мембрана 5 соответственно выгибается наружуf Индуктивности обмоток 2 и 6 Ц и 1,2 увеличиваются, а обмоток 3 и 7 UjU. уменьшаются. При этом суммарная иидуктивность пары обмоток 2 и 6 увеличивается на 4L,+ ЛЦ а суммарная индуктивность пары обмоток 3 и 7 уменьшается на 4 Ц + Д L, . Полное изменение индуктивности 4L + ЛЦ - (-ЛЦ J- Д Ц ) Ц Д1,42;44Ц. Таким образом, достигается значительная (до нескольких кГд) величина выходного сигнала f лДи при изменении контролируемого усилия.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ СЖАТИЯ, содержащий мембрану, основание с профилем, подобным профилю мембраны при ее максимальном прогибе, и измерительную обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен второй мембраной, симметрично расположенной относительно первой мембраны, центры которых связаны штоком, и тремя измерительными обмотками, одна из которых расположена симметрично первой обмотке на основании и включена с ней дифференциально, а две другие расположены на внутренних поверхностях мембран, каждая из обмоток на мембранах последовательно и согласно соединена с соответствующей обмоткой на основании,причем все обмотки выполнены печатными в виде соосно расположенных идентичных эллипсов с параллельными большими осями, при этом откло§ нение длины большой оси каждого эллипса к малой выбрано в пределах (Л 3-5, а внутренние поверхности мембран и основания выполнены из магнитомягкого материала с положительной магнитострикцией и толщиной не менее 0,05 длины большой оси эллипса. СХ) 00 о vj со