Магнитоупругий датчик растягивающих усилий Советский патент 1988 года по МПК G01L1/12 

7

(У1

Изобретение относится к техни ке измерения сил и давлений. Цель изобретения повышение точности и чувствительности за счет исключения воздушного зазора и обеспечения не зависимости характеристики от знака измеряемого усилия, а также расшире - ние фукнциональных возможностей за счет обеспечения измерения давления. В зазор магнитопровода 1 магнитоуп ругого датчика введен элемент 6 прямоугольного сечения из магнитного упругого материала, при этом большие его стороны скреплены с торцовыми концами магнитоцровода 1. 4 ил. Q S

Vuz.i

Изобретение относится к технике измерения сил и давлений и является усовершенствованием изобретения по авт„ св. № 52761I.

Цель изобретения повышение точ- нести и чувствительности за счет исключения воздушного зазора и обеспечения независимости характеристики от знака измеряемого усилия, .а также расширение функциональных возможноетей за счет обеспечения измерения давления.

На фиг.I и 2 представлены проекции предлагаемого магнитоупругого датчика растягивающих усилий с кольцевым магнитопроводом; на фиг.З - преобразователь усилий и..давлений с рамочным магнитопроводом; на фиг.4 - схема замещения магнитных цепей пре- образователей.

Магнитоупругий датчик (иг,1-3) содержит замкнутый магнитопровод 1 с изгибаемыми симметричными плечами 2, на которых сделаны отверстия 3. Диф- ференциально соединенные измерительные обмотки 4 размещены в отверстиях 3 и охватывают внешние и внутренние от нейтральной пинии магнитопровода участки плеч 2. Намагничивающая об- мотка 55 питаемая переменным током, размещена между плечами 2 и охватывает магнитопровод i по толщине. Тор иы плеч 2 замкнуты между собой изгибаемым расширенкем магнитопровода 1 в виде элемента 6, выполненного из двух прямоугольных упругих пластин 7, соединенных между собой по коротким сторонам и расположенных перпен дикулярно средней линии магнитопро- вода, при этом размеры пластин 7 превышают размеры поперечного сечения магнитспроБОда 1.

В схеме магнитной цепи (фиг.4) т агнитное сопротивление внешне- го от нейтральной линии участка кажг- дого плеча; RM магнитное сопротив- л€;нне вкутр.еннего от нейтральной линии участка каждого плеча 2; R магнитное сопротивление стенок каждо половины элемента 6, замыкающей торцы плеч 2 по обе стороны нейтральной линии5 Rg- - маг1-штное сопротивление воздушного зазора между торцами плеч 2 f w магнитодвижущая сила намагни чивающей обмотки 5.

Датчик работает следующим образом

При отсутствии измеряемого усилия Р (или давления) внешние и внутренни

ю

15 20

5 30 з 0

g .

0

от нейтральной линии участки плеч 2 имеют одинаковые магнитные сопротив- ления RU R.. . Поэтому составляющие

ВЛ

мпгнитного потока этих участков (по контурам ,F и равны между собой, следовательно, на дифференциальном выходе измерительных обмоток 4 напряжение равно нулю.

При воздействии измеряемого растягивающего усилия Р между концами плеч 2 (или давления) стенки элемента 6 изгибаются в стороны удаления торцов плеч 2 друг от друга. При этом внешние от нейтральной линии участки плеч 2,сжимаются, поэтому увеличиваются магнитные сопротивления R, и уменьшаются магнитные потоки этих участков. Одновременно внутренние от нейтральной линии участки плеч 2 растягиваются, при этом магнитные сопротивления Rjij J этих участков уменьшаются, а магнитные потоки через них увеличиваются. Б результате на дифферен циальном выходе измерительных обмоток 4 появляется напряжение, пропорциональное измеряемому усилию (давлению) и обусловленное разностью магнитных потоков по внешним и внутренним участкам плеч 2 с магнитными сопротивлениями R/ift, RMJ Датчик работает аналогичным образом при воздействии сжимающего усилия меяоду концами плеч 2.

При измерении давлений торцы элемента 6 жестко и герметично соединяют, с трубопроводом системы (например, сваркой), давление в которой необхо- димо определить. Поэтому стенки элемента 6 работают как прямоугольные мембраны с защемленными краями, в централыьгх частях которых расположены торцы плеч 2 о При этом деформации изгиба центральных частей стенок элемента 6, возникающие от давления, обуславливают изгиб плеч 2,

При измерении усилий торцы элемента 6 свободны и не препятствуют деформациям центральных частей ее стенок, поэтому длину элемента 6 можно уменьшать до величины толщины торцов плеч 2.

В предлагаемом ма гни то упругом да т- чике растягивающих усилий магнитное сопротивление стенок расширяющегося участка м.згнитопровода 1 на порядок и более меньше магнитного сопротивления воздушного зазора между торцами плеч 2 (R|(« Rj)« Поэтому магнит- ный поток, намагничивающий обмотки 5,

замыкается в основном через стейки элемента 6 между торцами плеч 2, а не через юздушный зазор, как в из вестном устройстве,. Следовательно, при прочих равных условиях магнитные потоки и чувствительнос ть предлагае мого датчика на порядок и более выше чем у известного.

Магнитньй поток предлагаемого дат чика протекает- через замкнутый магни топровод с незначительным взаимодей ствием с электромагнитными полями и экранирующими элементами среды. По- этому точность измерения предлагаемо го датчика на порядок выше точности измерения известного.

Кроме того, при изгибе магнитное сопротивление стенок элемента 6 меж ду торцами плеч 2 не меняется, так как составляющие этого сопротивления по обе стороны нейтральной линии элемента 6 магнитопровода меняются в pasHbie стороны. -Поэтому изменение пш рины воздушного зазора между торца ми плеч 2 не влияет на величину маг нитного потока намагничивающей обмот ки 5, так как магнитный поток проте

, /

кает по стенкам элемента 6, а не че рез воздушный зазор между торцами плеч 2. Следовательно, предлагаемый датчик имеет линейную характеристику с симметричными ветвями.

Формул

изобретения

Магнитоупругий датчик растягиваю щих усилий по авт. ев, № 52761, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувстви тельности за счет исключения воздупр- ного зазора и обеспечения независи -- мости характеристики от знака измеряемого усилия, а также расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения давлений, маг нитопровод выполнен замкнутым, причем одна из его частей выполнена в виде двух прямоугольных упругих пластин, соединенных между собой по коротким сторонам и расположенных перпендикулярно средней линии магнитопровода, при этом размеры этих пластин превьш1ают размеры поперечного сечения магнитопровода.

(Ри,г2 4Р

.З

К

tv«

m

C

аг