Магнитоупругий преобразователь усилий Советский патент 1985 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к технике измерения сил и может быть использовано,например,для измерения контакт ных усилий нажатия электрических разъемов. Известен магнитрупругий преобразо ватель усилий, представляющий собой консольный изгибаем1 1й магнитопровод с рядом отверстий,, центры которых расположены на нейтральной линии кон сольной балки. Измерительные обмотки размещены в отверстиях и охватывают его участки по обе стороны нейтральной линии, а намагничивающая обмотка обхватывает магнитопровод lj . Недостатками преобразователя явля ются невысокие чувствительность и точность измерений, что обусловлено наличием в магнитной цепи преобразователя воздущного зазора. Наиболее близким техническим решением к изобретению является магнитоупругий преобразователь растягивающих (сжимающих) усилий, содержащий магнитопровод в виде незамкнутого кольца с отверстиями, центры которых находятся на нейтральной линии кольца. Измерительные обмотки размещены в отверстиях и охватывают участки магнитопровода по обе стороны нейтральной линии. Обмотка намагничивания обхватывает кольцо по толщи не . На концах кольца имеются отверстия для приложения усилий 2J . Недостатком известного преоб разователя является наличие воздушного за в магнитной цепи преобразовате ля, .величина которого зависит от ве личины и направления измеряемого ус лия, так как это снижает чувствител ность и точность измерений. Цель изобретения - повышение чув ствительности и точности измерений, а также обеспечение возможности изм рения контактных усилий нажатия в электрических разъемах. Указанная цель достигается тем, что в магнитоупругом преобразовател , содержащем магнитопровод с изгибаемыми плечами и отверстиями на нейтральной линии магнитопровода намагничивающую и измерительные обмотки, магнитопровод снабжен наклон ными равными по длине перемычками, соединяющими противоположные от нейтральной линии стороны плеч и об разующими треугольные отверстия меж ду ними, причем намагничивающая обмотка равномерно намотана на перемычках, а дифференциально соединенные измерительные обмотки намотаны на основания треугольников по обе стороны нейтральной линии или намагничивающая обмотка расположена на перемычках, начиная с крайней через одну, а измерительная обмотка - на перемычках между ними. Кроме того, концы плеч магнитопровода снабжены параллельными выступами, входящими в гнездо контакта, причем сумма толщин выступов и воздушного зазора между ними больше толщины штыря контролируемого разъема на среднюю величину деформации - плеч. На фиг. 1 схематически показан магнитоупругий преобразователь усилий с кольцевым магнитопроводом; на фиг. 2 - магнитоупругий преобразователь контактных усилий кажатия с прямоугольным рамочным магнитопроводом, на фиг. 3 - схема замещения магнитной цепи преобразователя с кольцевым магнитопроводом; на фиг. 4 - уцорщрнный вариант схемы замещения на фиг.3; на фиг. .5 - схема замещения магнитной цепи преобразователя с прямоугольным рамочным магнитопроводом. Магнитоупругие преобразователи усилий содержат магнитопровод 1 с симметричными изгибаемыми плечами 2. Перемычки 3 соединяют противоположные от нейтральной линии стороны плеч 2 и образуют треугольные отверстия 4 с основаниями 5 по сторонам плеч 2.- Намагничивающая обмотка 6 намотана на перемычках 3. Между концами плеч 2 имеется воздушный зазор 7.В преобразователе на фиг. 1 измерительные обмотки 8 намотаны на основаниях 5 треугольников 4 по обе стороны нейтральной линии и соединены дифференциально. В преобразователе на фиг. 2 измерительная обмотка 8 намотана на перемычках 3 между перемычками, на которых размещена обмотка 6 намагничивания а концы плеч 2 снабжены параллельными выступами 9. В схемах замещения магнитной цепи (фиг. 3 и 5) приняты следующие обозначения:магнитное сопротивление оснований 5 по внешним сторонам плеч 2 (отрезки ВО, DL и т.д.). 5Rj - магнитное сопротивление осно ваний 5 по внутренним сторонам плеч 2 (отрезки СК,КМ и т.д.)J R м -мйгнитнЪе сопротивление перемычек 3; ,F - магнитодвижущая сила части на магничивающей обмотки 6 размещенной на одной перемычке 3, - магнитный поток, проходящий по основаниям 5 внешних сторон плеч 2 7 магнитный поток, проходящий по основаниям 5 внутренних сторон плеч 2. Магнитные сопротивления оснований .LH и АС равны иЯмг/ соответственно. В упрощенной схеме замещения магнитной цепи (фиг. 4) приняты обозначения : и д( - суммарное магнитное сопротив ление всех оснований 5 по I внешним сторонам плеч 2; MJ суммарное магнитное, сопротив ление всех оснований 5 по внутренним сторонам плеч 2; (1 - суммарное магнитное сопротив ление всех перемычек 3; PHI - магнитодвижущая сила намагни чивающей обмотки, Магнитоупругий преобразователь усилий (фиг, 1 и 4) работает следующим образом. При .отсутствии измеряемого усилия внещние и внутренние стороны плеч 2 имеют одинаковые магнитные со противления R д, поэтому через них протекают одинаковые магнит ные потоки Фц Pj .Следовательно, на дифференциальном выходе измеритель ных обмоток 8 напряжение равно нулю. При воздействии сжимающих усилий , внешние стороны плеч 2 растягиваются. При этом магнитное сопротив-г ление этих сторон R уменьшается, а магнитный поток 9, -через них увеличивается. Одновременно внутренние стороны плеч 2 сжимаются, их магнитное сопротивление R MJ увеличивает024ся, а магнитный поток Р„ , проходяП1ИЙ через внутренние стороны плеч 2, уменьшается. В результате на диф-; ференциальном выходе .ргзмерительных обмоток 8 появляется напряжение, обусловленное разностью магнитных потоков внещних и внутренних сторон плеч 2 А 9 9, - Pg и пропорциональное измеряемому усилию Р. При ВОЗдействии растягивающих усилий преобразователь работает аналогично. Магнитоупругий преобразователь усилий (фиг. 2 и 5) работает следующим образом. Принцип работы преобразователя рассмотрен на примере участка плеча 2 между точками ВСКД. При отсутствии контактного .усилия нажатия на выступы 9 основания БД и СК имеют ог-знаковые магнитные сопротивления RM поэтому равны магнитные потоки этих основа:ий TJ т , и на выходе измерительной обмотки 8 напряжение равно нулю. При измерении контактного нажатия выступы 9 входят в гнездо разъема и на них действует усилие нажатия Р/0, вследствие изгиба плеч 2 воздушный зазор 7 между выступами 9 уменьшается. При этом основание ВД растягивается, магнитное сопротивление Rj уменьшается, а магнитный поток Ф, увеличивается. Одновременно основание СК сжимается, магнитное сопротивление Чц увеличивается, а магнитный поток уменьшается. В результате через перемычку СД протекает поток д Р Ф, - р2 выходе измерительной обмотки 8 появляется напряжение, пропорциональное измеряемому усилию нажатия Р. Остальные участки плеч 2 работают аналогично. Технико-экономическая эффективность заключается в повьш1ении чувствительности и точности измерений преобразователя за счет того, что маг- .нитный поток протекает по замкнутому контуру, а не через воздушный зазор, так как магнитное сопротивление перемычек Rj намного меньше магнитного сопротивления воздушного зазора RrФиг. 2

98 49

1. МАГНИТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗО, БАТЕЛЬ УСИЛИЙ, содержащий магнитопровод с изгибаемыми плечами и отверстиями на нейтральной линии магнитопровода, намагничивающую и измерительные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, отверстия выполнены в виде треугольников, образованных наклон;ными равными по длине перемычками. соединяющими противоположные от нейтральной линии стороны плеч, причем намагничивающая обмотка равномерно намотана на перемычках,а дифференциально соединенные измерительные об мотки намотаны на основаниях треугольников по обе стороны нейтральной линии или намагничивающая обмотка расположена на перемычках, начиная с крайней через одну, а измерительная обмотка - на перемычках между ними. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерения контактных усилий нажатия электрических разъе- S мов, концы плеч магнитопровода снабО) жены параллельными выступами, причем сумма толщин выступов и воздушного зазора между ними больше толщины штыря контролируемого разъема на заданную среднюю величину деформации плеч.

RMI

D

в

Kfii

-4D/

Фиг.З

Фиг. 5