Магнитоупругий датчик силы Советский патент 1984 года по МПК G01L1/12 

1 1

Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к конструкции датчиков, принцип действия которых основан на явлении магнитной упругости, и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования усилий.

Известны магнитоупругие датчики усилий, содержащие чувствительный и компенсационный элементы в виде одинаковых полых цилиндров, обмотки возбуждения и измерительные обмотки которых соединены по дифференциально-трансформаторной схеме El1

Однако обладая известными преимуществами, эти датчики имеют недостатки, понижающие их эксплуатационные и точностные характеристики. Во-первых, без тщательной выработочной отбраковки практически невозможно изготовить пары - чувствительный и компенсационный элемент - достаточно идентичными по выходным характеристикам, что объясняется разбегом допусков и посадок деталей (в пределах нop в pyeмыx значений) , неидентичностью режимов плавки и отжига, неидентичностью сборки чувствитель-. ных элементов и рядом других причин Указанное обстоятельство приводит к тому, что влияние внешних факторов (температуры, параметра источника питания, вибраций и т.п.) по разному сказьшается на выходных характеристиках чувствительного и компенсационного элементов, что понижает точность измерений.

Во-вторых, наличие двух - чувствительного и компенсационного - элементов приводит к усложнению и удорожанию датчика, увеличению его габаритов и снижению эксплуатационной надежности.

Наиболее близким по техничес-кой сущности к предлагаемому является магнитоупругий датчик усилий, содержащий чувствительный и компенсационный элементы, снабженные кольцевыми проточками, не охваченными полюсами магнита 2 .

Недостатками известного датчика являются низкая чувствительность и точность.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет полной разгрузки компенсационного преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитоупругом датчике

29072

силы, содержащем чувствительный элемент цилиндрической формы и соосный с ним магнитопровод, котором размещены обмотки двух преобразователей, - между чувствительным элементом и магнитопроводом установлена втулка, из ферромагнитного материала с радиальным участком, разделяющим прег образователи, причем одна цилиндриQ ческая часть втулки сопряжена с магнитопроводом плотно, а другая размещена с зазором коицентрично чувствительному элементу.

Постоянство зазора может быть

J обеспечено за счет другой боковой поверхности , плотно сопряженной, например приклеенной, к магнитопроводу.

В связи с тем, что магнитопроводы,

Q замыкающие рабочий и компенсационный потоки соответственно чувствительного и компенсационного элементов, представляют собой участки одних и тех же ферромагнитных деталей, име5 ется реальная возможность выполнить датчик с исключительно .близкими исходными выходными характеристиками как компенсационного, так и чувствительного элементов, что повьшает

,стабШ1ьность нулевого сигнала и

точность измерений.

I

Кроме того, указанная вьше особенность выполнения датчика позволяет добиться лучшей компенсации влияю5 щих факторов (температуры, частоты, тока и т.п.), поскольку эти факторы одинаково влияют на .параметры обеих магнитных цепей - рабочей и компенсационной (по крайней мере, для нена0 груженного датчика) в отличие от известного.

Поскольку компенсационный элемент полностью разгружен от измеряемого усилия, чувствительность датчика

5 будет выше, чем у известного, что благоприятно скажется на точности измерений.

Для более полного магнитного шунтирования участка чувствительного

0 элемента.ферромагнитной втулкой

(компенсационным элементом), толщина последней должна выбираться в соответствии с эквивалентной глубиной проникновения электромагнитной вол5 ны, т.е. с учетом поверхностного

эффекта. При этом втулку целесообразно выполнять из того же материала, что и чувствительный элемент, для

снижения температурной погрешности датчика.

На фиг. 1 изображен магнитоупругий датчик CKTibi; на фиг. 2 - то же, для измерения небольших нагрузок. 5

Датчик содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде гладкого цилиндра, магнитопровод 2, ферромагнитную втулку 3, цилиндрическая часть 4 которой является ком- ю пенсационным элементом, радиальный участок 5 разделяет рабочий (Фр) и компенсационный (Ф) магнитные потоки, а другой цилиндрический участок 6 прикреплен, например приклеен, t5 к стенке магнитопровода 2. На чувствительном элементе 1 и на компенсационном (участок втулки 4) размещены пары обмоток - возбуждения и измерительная, т.е. соответственно 20 обмотки 7 и 8. Причем либо измерительные, либо обмотки возбуждения соединены встречно.

В магнитоупругом датчике силы для измерения небольших нагрузок, 25 показанном на фиг. 2, чувствительный элемент воспринимающий нагрузку, представляет собой гладкий цилиндр 1, расположенньй внутри датчика, магнитопровод 2 вьтолнен в виде наружно- зо го цилиндра, а втулка 3 имеет цилиндрический участок 4, являющийся компенсационным элементом, радиальный участок 5, разделяющий пары обмоток 7 и 8, и второй цилиндрический участок 6, скрепленный с внутренней поверхностью магнитопровода 2.

Магнитоупругий датчик силы работает следующим образом. Усилие, прикладываемое к чувствительному элементу 1, вызывает изменение величины рабочего потока Фр,

при этом компенсационный поток Ф остается практически неизменным из-за шунтирования участка чувствительного элемента ненагруженной ферромагнитной втулкой 3, точнее ее цилиндрической частью 4, при этом радиальный участок 5 служит проводником как рабочего, так и компенсационного магнитных потоков, являясь в то же время естественным экраном от проникновения каядаого из потоков в чужую магнитную цепь. Как показали испытания макетных образцов датчиков , .при отдельной запитке обмотки возбуждения чувствительного или компенсационного элемента, в обмотке измерения невозбужденной магнитной цепи наводится сигнал, составляющий менее 1% напряжения на своей измерительной обмотке, т.е. ячейки, образованные втулкой, практически не имеют взаимоиндуктивной связи и являются в магнитном отношении автономными. Обмотки чувствительного и компенсационного элементов (либо пара измерительных, либо - возбуждения) соединены встречно, и с Измерительных обмоток снимается напряжение, пропорциональное приложенному усилию При этом механические напряжения на любом участке поперечного сечения чувствительного элемента распределены равномерно и равны между собой.

Использование датчика в системах автоматического контроля и регулирования усилий и веса благодаря повышению точности измерений, увеличению перегрузочной способности, снижению габаритов и стоимости обеспечивает эффективность контроля и, соответственно, повьш1ение качества конечного ,продукта.

///// /7//////

i:

3

X

X

fpvt. 2

МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК СИЛ содержащий чувствительный элемент цилиндрической формы и соосный с К i( ::; ,: I ii ним магнитопровод, на котором размещены обмотки двух преобразователей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет полной разгрузки . компенсационного преобразователя, между чувствительным элементом и магнитопровод ом установлена втулка из ферромагнитного материала с радиальным участком, разделяющим преобразователи, причем одна цилиндрическая часть втулки сопряжена с магнитопроводом плотно, а другая размещена с зазором концентрично чувствительному элементу. tc ю со /////////////////////777 Фиг.1