Магнитоупругий датчик усилия Советский патент 1985 года по МПК G01L1/12 

1

. Изобретение относится к силоиэмерительной технике и может быть применено в весоизмерительных устройствах и в устройствах измерения усилий прокатки.

Известен магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод с размещенными на нем измерительной обмоткой, подключенной к pei-истрирующему прибору, и намагничивающей обмоткой, включенной в цепь питания, а также для повышения точности измерения путем улучшения линейности выходных характеристик дополнительную обмотку и узел коррекции, выполненный в виде контактирующего с основным дополнительного магнитопровода с обмотками и включенный последовательно в цепь дополнительной обмотки, а последняя расположена на основном магнитопроводе. При этом гшрвичная обмотка узла коррекции включена параллельно первичной обмотке основного магнитопровода в цепь источника питания lj .

Однако данньй датчик характеризу ется во-первых, повышенным потреблением мощности, которая необходима для питания первичной обмотки узла коррекции, во-вторых, пониженной статической устойчивостью, так как при неизменном поперечном сечении увеличивается высота датчика за сче узла коррекции, представляющего собой дополнительньм магнитопровод, контактирующий с основным по плоскости, перпендикулярной направлению приложения нагрузки, А это в свою очередь, ограничивает верхний преде измеряемых усилий. Кроме того, осуществленный в датчике способ линеаризации снижает чувствительность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоэлементный магнитоупругий датчик, содержащий многоэлементный сердечник,, набранный из листов электротехнической стали. В каждом элементе сердечника имеется четьфе отверстия, в которые уложены взаимно перпендикулярно намагничивающая и измерительная обмотки, причем пло.кости обмоток составляют угол 45 к направлению действия измеряемой сипы 2 .

Однако данное устройство характе ризуется относительно невысокой точяостью из-за нелинейности выходной

732092

характеристики. Возникает необходимость усложнения конструкции измерительного устройства, так как приходится вводить электроиньй блок линеаризации. Кроме того, датчики больших усилий характеризуются большой Л потребляемой мощностью, что объясняется работой сердечника данного датчика в режиме магнитного насьщения

0 для снижения вариации выходного сигнала. Так, например, для измерения усилий порядка 4-5 тыс.тс при частоте питающего напряжения 50 Гц необходим источник на 5 кВт.

5 Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности,- повьш1ение точности измерения (при одновременном упрощении конструкции) за счет линеаризации выходной характеристики и повышения чувствительности датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитоупругом датчике усилия, содержащем многоэлементньш

5 сердечник, намагничивающие и перпендикулярные им измерительные обмотки, расположенные под углом 45 к направлению измеряемого усилия, причем намагничивающие обмотки соединены согласно, а измерительные - последовательно и согласно, намагничивающие и размещенные в параллельных плоскостях, измерительные обмотки распо- ложены в каждом первом элементе серC дечника, а в каждом втором элементе расположены дополнительные обмотки, плоскости которых параллельны плоскостям измерительных обмоток, при этом дополнительные обмотки включены

IQ последовательно ,и согласно с измерительньми.

Ток намагничивания, создаваемый в обмотке намагничивания источником переменного тока, обуславливает маг5 нитньш поток в сердечнике датчика. При этом схема соединения обмоток намагничивания отдельных элементов между собой такова, что существует поток самоиндукции, сцепленный толь0 ко с намагничивающей обмоткой в каждом нечетном (четном) элементе, основной поток взаимоиндукции, сцепленный с намагничивающей и измерительной обмотками в каждом нечетном

5 (четном) элементе, и поток взаимоиндукции, охватывающий все обмотки сердечника и проходящий через все его элементы.

3

На фиг. 1 схематически изображен заявляемый магнитоупругий датчик усилий, на фиг. 2 - кривые зависимости выходных сигналов, снимаемых только с измерительной, только с дополнительной обмоток и с обеих обмоток, включенных последовательно, от величины измеряемого усилия.

Магнитоупругий датчик усилия (фиг.1) состоит из трехэлементного сердечника 1, крайние (нечетные) элементы которого содержат намагничивающие 2 и 3 и измерительные 4 и 5 обмотки, плоскости которых взаимно перпендикулярны.и ориентированы под углом 45 к направлению измеряемого усилия, а также из дополнительной обмотки 6, располагаемой в среднем (четном) элементе сердечника преимущественно в плоскости, параллельной плоскостям измерительных обмоток 4 и 5

При подключении намагничивающей обмотки датчика к источнику переменного тока и при разомкнутых измерительной и дополнительной обмотках в магнитопроводе появляется магнитньй поток, сцепленньй частично только с обмоткой намагничивания (поток самоиндукции), частично с обмоткой намагничивания и измерительной (основной поток взаимоиндукции) и

094

сцепленный со всеми обмотками дат- чика.

При действии измеряемого усилия на торцовую часть поверхности сердечника магнитопровода происходит деформация магнитного потока. Потокосцепления измерительной и дополнительной обмоток изменяются таким образом, что их выходные характеристики обратны друг другу.

Суммарный сигнал, снимаемый с измерительной и дополнительной обмоток, включенных последовательно, является линейной функцией измеряемого усилия.

На фиг. 2 кривая 1 представляет собой зависимость сигнала, снимаемого с измерительной обмотки датчика, от измеряемого усилия, кривая 2 зависимость сигнала, снимаемого р дополнительной обмотки датчика, от измеренного усилия, кривая 3 - зависимость сигнала, снимаемого с измерительной и дополнительной обмоток при последовательном их включении.

Заявляемый магнитоупругий датчш усилий по ср авнению с прототипом обеспечивает снижение потребляемой

мощности на 30-50% и повышение точности характеристики и абсолютной чувствительности примерно вдвое.

.МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЯ, содержащий многоэлементный сер-; дечник, намагничивающие и перпендикулярные им измерительные обмотки, расположенные под углом 45 к направлению измеряемого усилия, причем намагничивающие обмотки соединены согласно, а измерительные - последовательно и согласно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет линеаризации выходной характеристики, намагничивакщие и размещенные в параллельных плоскостях измерительные обмотки расположены в каждом первом элементе сердечника, а в каждом втором элементе расположены дополнительные I обмотки, плоскости которых параллельны плоскостям измерительных об(Л моток, при этом дополнительные обмотки включены последовательно и согласно с измерительными.