Устройство для измерения усилий Советский патент 1984 года по МПК G01L1/12 

Фи1,1 Изобретение относится к измерениям неэлектрических величин и может быть использовано в приборах и системах для измерения усилий с цифровой обработкой ,)езультатрв измерения Известно устройство для измерений усилий, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок регистрации среднего числа выбросов ЭДС от скачков Баркгаузена (СБ). Принцип действия устройства основан на возбуждении в ферромагнитном сердечнике СБ посредством воздейстВИЯ переменного магнитного поля, создаваемого источником переменного тока. Измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, вы- зывая в нем изменение внутренних нап ряжений. Это приводит к изменению величины ЭДС .от СВ снимаемой с выход индукционного преобразователя, и соо ветственно изменению показаний блока регистрации lj . Недостатком данного устройства является малое быстродействие, поскольку уже при частотах перемагничивания порядка нескольких герц гармоники частоты перемагничивания, возникающие на выходе индукционного преобразователя, препятствуют нормал ной работе блока регистрации. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения усилий, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, дифференциальный индукционный преобразова- тель с ферромагнитным сердечником и блок регистрации. Принцип действия устройства основан на возбуждении СБ в ферромагнитном сердечнике переменным магнитным полем, создаваемым первичной .обмоткой индукционного преобразователя. Измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, изменяя в нем внутренние напряжения. Соответ ственно меняются характеристики ЭДС от СБ и показания блока регистрации Гармоники частоты перемагничивания компенсируют вследствие дифференциального включения индукционного преобразователя 2J . Недостаток известного устройства состоит в том, что не компенсируется та часть гармоник частоты перемагничивания,. которая вызвана постоянных внешних магнитных полей, а также разбросом коэффициентной силы по длине ферромагнитного сердечника материалов с малой коэрцитивной силой (тонкие пленки,пермаллоевые проволоки) . Цель изобретения- - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения усилий, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок регистрации, снабжено фильтром второй гармоники частоты перемагничивания и фазовым детектором, а дифференциальньй индукционный преобразователь снабжен дополнительной равномерно расположенной вдоль сердечника обмоткой, подключенной к выходу фазового детектора, опорный вход которогоподключен к источнику переменного тока, при этом первичная ,обмотка дифференциального индукционного преобразователя выполнена в виде двух встречно включенных секций, а измерительная обмотка.этого преобразователя подключена через фильтр второй гармоники частоты . перемагничивания к фазовому детектору. : . На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие .принцип его работы. Устройство для измерения усилий (фиг. 1) содержит источник 1 переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь 2 с ферромагнитным сердечником 3, блок 4 регистрации, фильтр 5 и фазовый детекторе, при этом источник 1, индукционный преобразователь 2 и блок 4 регистрации соединены последовательно, фильтр 5 и фазовый детектор 6 также соединнены последовательно, причем фильтр 5 подключен к выходу индукционного преобразователя 2, а опорный вход фазового детектора 6 подключен к источнику 1 переменного тока. Индукционный преобразователь 2 включает переагничивающую обмотку Wj, измерительную обмотку W2 и равномерную дополнительную обмотку W. Обмотка W подключена к выходу фазового детектора 6. Кроме того, перемагничивающая

обмотка W| выполнена в виде двух встречно включенных секций.

Рассмотрим работу устройства с учетом временных диаграмм на фиг. 2.

Источник 1 переменного тока создает переменный ток, в частности, синусоидальной формы, который протекает по перемагничивакщей обмотке индукционного преобразователя 2. Измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику 3. При этом в ферромагнитном сердечнике 3 изменяется величина внутренних механических напряжений, вследствие чего изменяются характеристики ВДС от СБ, что приводит к изменению показаний блока 4 регистрации. В первом приближении компенсация гармоник частоты перемагничивания осуществляется путем встречного включения секций обмотки W/ и согласно включения секций обмотки Wo. Компенсация гармоник, обусловленных разбросом коэрцитивной силы HC по длине сердечника или наличием внешних постоянных магнитных полей, осуществляется следующим образом. Предположим, что участки сердечника 3, расположенные в зонах секций обмотки W индукционного преобразователя 2, имеют соответственно коэрцитивные силы HCI и Н (фиг. 2а). Из графических построений видно, что шумовые пачки СБ на графике 26 не совпадают во времени, в частности

соответствуют моментам tj и t-. Это

т i

Приводит к искажению сигнала на входе блока 4 регистрации и может полностью нарушить нормальное функционирование устройства. Для нормальной

работы блока регистрации, очевидно, необходимо совместить моменты ti и tn. Создадим постоянное однородное магнитное поле величиной Нд. Из графических построений нетрудно заметить, что сигналы от перемагничивания участков сердечника с величинами коэрцитивной силы Н g и Н „ совпадают по времени (обычно максимальное значение ЭДС от СБ совпадает с моментом врамени когда внешнее поле равно коэрцитивной силе). При этом гармоники частоты перемагничивания практически компенсируются и сигйал приобретает вид, показанный на графике -26 для момента времени tg.

Воздействие внешних постоянных магнитных полей в данном случае эквивалентно изменению величин коэрцитивной силы участков сердечника и компенсация внешнего поля осуществляется аналогичным образом.

На графике фиг. 2в показана зависимость изменения выходного напряжения фазового детектора от величины внешнего поля. Видно, что при Hg О сигнал Олд не равен нулю. Это обусловлено суммарным воздействием таких факторов как разброс коэрцитивной силы по длине сердечника и магнитного поля Земли.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает повышенной точностью измерения. В частности по результатам предварительных исследований погрешность измерения уменьшается с 3-5 до 1-1,5%.

Не,

а)

Нсз

)

8)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено фильтром второй гармоники частоты перемагничивания и фазовым детектором, а Дифференциальный индукционный преобразователь снабжен дополнительной равномерно распределенной вдоль сердечника обмоткой, подключенной к выходу фазового детектора, опорный вход которого подключен к источнику переменного тока, при этом первичная обмотка дифференциального индукционного преобразователя выполнена в виде двух вйтречно включенных секций, а измерительная обмотка этого преобразователя подключена через фильтр второй гармоники (Л частоты перемагничивания к фазовому детектору.