Электромагнитный прибор Советский патент 1988 года по МПК G01R5/14 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании электроизмерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих в условиях отсутствия внешних механических воздействий.

Цель изобретения - повышение точности прибора за счет получения линейной зависимости вращающего момента от величины измеряемого сигнала при одновременном снижении момента трения.

На фиг.1 изображен электромагнитный прибор, вид сверху; на фиг.2 - то же, спереди со стороны зазора; на фиг.З - узел I на фиг.2; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.З; на фиг.З - вид Б на фиг.З.

Электромагнитный прибор содержит катушку 1 возбуждения, полюсные нак о нечники: внутренний, образованный параллельными пластинами 2 и 3, и внешний, образованньй пар аллельными пластинами 4 и 5. Пластины 2-5 образуют между собой общую долевую щель (зазор) 6. В зазоре 6 между пластинами 2-5 закреплен вертикально установ ленньм в керновых опорах 7 оси 8 поворотный ферромагнитный сердечник 9, частично находящийся под пластинами 2 и 3, частично под пластинами 4 и 5 замыкая магнитную цепь катушки 1. На оси 8 в середине зазора 6 между пластинами полюсных наконечников выполне цилиндрический выступ (буртик) 10. Ферромагнитный сердечник закреплен на оси 8 ниже буртика 10 с помощью надетой на ось 8 между буртиком 10 и се рдечником 9, работающей на растяжение цилиндрической пружины 11, верхний торец которой прикреплен к буртику 10, а нижний - к плоскости ферромагнитного сердечника 9. Под ферромагнитным сердечником 9 параллельно ему размещена круглая ферромагнитная пластина 12, установленная на нижнем полюсном наконечнике 3 с помощью резьбовой втулки 13 из немагнитного материала, ввернутой в пластину 3 и имеющей возможность смещени вместе с пластиной 12 вдоль оси 8. На втулке 13 (фиг.З) для возможности поворота на нижнем торце сняты выступы под ключ. Ось 8 в месте расположения буртика 10 выполнена сварной для обеспечения возможности насадки ферромагнитного сердечника 9 на участок

0

5

0

5

0

оси 8 с продольным срезом (лыской) 14 (фиг.4). В полости катушки 1 расположен магнитопровод 15.

Электромагнитный прибор работает следующим образом.

При подаче тока в катушку 1 возбуждения ферромагнитный сердечник 9 поворачивается в щелевом зазоре 6 между полюсными наконечниками, перекрывая воздушный промежуток между внутренним полюсным наконечником (пластины 2 и 3) и внешним (пластины 4 и 5), при этом ось 8 поворачивается в керновых опорах 7 по часовой стрелке (фиг.1), а угол поворота пропорционален квадрату измеряемого тока, причем в известных приборах чувств - тельность по углу поворота остается практически постоянной, В данной конструкции при подаче измеряемого тока происходит намагничивание двух ферромагнитных сердечников - пово- ротного 9 и регулировочной пластины 12, между которыми возникают силы отталкивания, увеличивающиеся при увеличении измеряемого тока (пропорционально квадрату тока). За счет этих сил одновременно с поворотом сердечника 9 происходит его подъем относительно оси 8. При этом изменяется соотношение зазоров по высоте между сердечником 9 и верхними и нижними пластинами 2-5 полюсных наконечников, причем при смещении сердечника 9 в осевом направлении к середине зазора 6 между полюсными наконечниками магнитная проводимость системы, а следовательно, и чувствительность прибора падают. Параметры ферромагнитной пластины 12 и с ердеч- ника 9, смещение сердечника 9 и зазор между ним и пластинами 12 могут быть подобраны так, что изменение с (уменьшение) чувствительности прибора в процессе поворота сердечника 9 пропорционально величине измеряемого тока. Таким образом, в конечном итоге угол поворота сердечника 9 пропорционален измеряемому току в первой степени.

Кроме того, за счет взаимодействия сердечника 9 с пластиной 12 происходит подъем оси 8, а рледователь- но, и разгрузка керновых опор 7, позволяющая значительно снизить погрешность от момента трения. Параметры пластины 12 и зазор между ней и сердечником 9 регулируется так, чтобы

5

0

0

5

при максимальном значении измеряпмо- го тока сила поднятия оси 8 достигла веса подвижной части прибора.

Угол поворота d.. подвижной части электромагнитного прибора определяет ся выражением

V 1 12 dL

- 01Л JJ

(1)

I

L

2W dot

где W - удельный гфотиводействующий момент;

ток в катушке 1; индуктивность катушки 1, зависящая от положения сердечника 9.

-,Очевидно, что для изменения характера шкалы необходимо менять множи- dL

тель -7-,, т.е. dcA

закон изменения индук

тивности с изменением угла поворота d сердечника 9, или, что одно и то же, - закон изменения магнитной проводимости прибора с изменением угла поворота. При непрофилированном сердечнике 9 (фиг.2) множитель dL/doL постоянен, естественно, что при профилированном сердечнике добиться полной линейности шкалы с помощью данной конструкции еще проще. Для того, чтобы в выражении (1) угол поворота с. был пропорционален току I, необходимо, чтобы dL/do - K/I, где К - коэффициент пропорциональности. Как следует из принципа работы предлагаемого при

83208

которая (аналогично индуктивности) в электромагнитных приборах определяет чувствительность по углу поворота, определяется полной проводимостью воздушного зазора 6 величиной б между верхним и нижним полюсными наконечниками. При этом , где проводимость нижней части зазора 6 |0 между нижним полюсным наконечником и сердечником 9; G проводимость верхней части зазора между сердечником 9 и верхним полюсньп 1 наконечником. Как видно из фиг.2

15v 1

(2)

г - - &

+ 5 - g0

5

0

где К и К - постоянные, зависящие от магнитной проницаемости и площадей перекрытия верхних и нижних полюсных наконечников (так как при непрофилированном сердечнике 9 при увеличении о1 увеличение площади перекрытия пропорционально dL, то G и соответственно L магнитной системы прямо пропорциополу(3)

нальны d-) . Решая (2) при К К чим

Г - л(-Й

Чем ближе ь к 5/2, тем ниже чувствительность, чувствительность минимальна и равна 4к /&, При чувствительность стремится к бесконечности.

Для получения линейной шкалы не

Изобретение относится к измерительной технике и-может быть использовано при проектированки электроизмерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих в условиях отсутствия внешних механических воздействий. Электромагнитный прибор содержит катушку возбуждения с полюсными наконечниками в виде двух пар параллельньос пластин 2-5, в зазоре между которыми закреплен вертикально установленньв в кер- новых опорах 7 оси 8 поворотный ферромагнитный сердечник 9. Ось 8 имеет лыску с верхним ограничителем в виде буртика 10, на котором закреплен один конец ци.пиндрической пружины 11 , Другой ее конец закреплен на сердечнике 9, под которым размещена круглая ферромагнитная пластина 12 на резьбовой втулке 13 из немагнитного материала, имеющей возможность смещения вместе с пластиной 12 вдоль оси 8. Предлагаемый прибор имеет повышенную точность за счет получения линейной зависимости вращающего момента от величины измеряемого сигнала при одновременном снижении момента трения. 5 ил. S

бора, передаточная функция dL/dd- on- 35 обходимо, чтобы передаточная функция ределяется произведением трех переда- dL/df V./-f . Такая передаточная функ- точнык функций: dF/dd, du/dF, dL/du. ция получается в случае, если G свя- Первая передаточная функция равна от- зано с & соотношением . Но ношению силы F взаимодействия (оттал- сравнивая соотношение (3) для данно- кивания), возникающей между ферромаг- 0 го прибора и предыдущее (идеальное) нитной пластиной 12 и сердечником 9 при подаче измеряемого тока I. Как известно, эта сила пропорциональна квадрату тока dF/ddL KYl . Вторая пе- редаточная функция есть отношение поднятия л ферромагнитного сердечника 9 к величине силы F: при линейной характеристике пружины 11 эта передаточная функция постоянна и равна К

2

соотношение между G и &, увидим, что при изменении ft, в пределах, например, от 3 до 7 мм, эти соотношения практически не отличаются. Такие со- 5 отношения и должны быть выбраны в конструкции, В начальном положении (при (,0, сердечник 9 в нижнем положении) А 3 мм, при максимальном измеряемом сигнале, т.е. максимумеы,

2

Нетрудно найти, что третья передаточ- 50 сердечник 9 поднимается на полный раная функция dL/d должна быть равна , При этом, учитывая, что л , получим произведение трех передаточных функций .требуемого вида К/1. В этом случае характеристика шкалы прибора линейная.

Магнитная проводимость G магнитной Системы электромагнитного прибора.

55

бочий ход пружины 11, равный 4 мм, и величина & становится равной 7 мм, вся величина & около 17 мм. Однако изменением профиля регулировочной пластины в сочетании с заданным профилем сердечника можно добиться практически любого характера шкалы прибора.

35 обходимо, чтобы передаточная функция dL/df V./-f . Такая передаточная функ- ция получается в случае, если G свя- зано с & соотношением . Но сравнивая соотношение (3) для данно- 0 го прибора и предыдущее (идеальное)

соотношение между G и &, увидим, что при изменении ft, в пределах, например, от 3 до 7 мм, эти соотношения практически не отличаются. Такие со- 5 отношения и должны быть выбраны в конструкции, В начальном положении (при (,0, сердечник 9 в нижнем положении) А 3 мм, при максимальном измеряемом сигнале, т.е. максимумеы,

50 сердечник 9 поднимается на полный ра

бочий ход пружины 11, равный 4 мм, и величина & становится равной 7 мм, вся величина & около 17 мм. Однако изменением профиля регулировочной пластины в сочетании с заданным профилем сердечника можно добиться практически любого характера шкалы прибора.

5 13

Далее выбирают силу взаимодействи между сердечником и пластиной такой, чтобы при максимальном значении измеряемого тока эта сила была равна весу подвижной части и полностью разгружала керновые опоры, уменьшая погрешность от трения. Такая регулировка осуществляется начальным поворотом втулки 13, т.е. выбором зазора между сердечником и пластиной (это окончательная регулировка после сборки прибора), предварительно выбор заданной силы осуществляется при конструировании прибора подбором толщи- ны и материала регулировочной пластины. И, наконец, подбираются параметры пружины с определенной продольной жесткостью. Эта жесткость должна быть именно такой, чтобы при силе взаимодействия между пластинами, равной весу подвижной части, пружина позволяла бы подниматься сердечнику полностью на -величину &, равную 7 мм (при максимуме измеряемого сигнала). В испытуемом приборе вес подвижной части примерно равен 2 г.

Таким образом, предлагаемый электромагнитный прибор отличается высоко

линейностью шкалы, малой погрешностью зо внешней поверхностью оси с лыской.

от момента трения в керновых опорах, а также возможностью получения при необходимости различных довольно сложных функций измеряемого сигнала. Такой прибор целесообразно использовать в качестве контрольного, изолировав от продольных механических воздействий, например, применением амортизации (возможна также настройка пружины на гашение колебаний).

Формула изобретения

Электромагнитньш прибор, содержащий магнитопровод с катушкой возбуждения и полюсными наконечниками в виде двух пар параллельных пластин, в зазоре между которыми размещен поворотный ферромагнитньй сердечник на вертикальной оси с керновыми опорами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен круглой ферромагнитной пластиной с центральным отверстием, цилиндрической пружиной растяжения и немагнитной резьбовой втулкой, при этом ось выполнена с лыской с верхним ограничителем, расположенным в .центре зазора между полюсными наконечниками, концы цилиндрической пружины закреплены соответственно на верхнем ограничителе лыски и на ферромагнитном сердечнике, форма осевого отверстия которого совпадает с

а круглая ферромагнитная пластина размещена параллельно ферромагнитному сердечнику на резьбовой втулке, которая расположена на оси, на нижнем полюсном наконечнике и выполнена с возможностью осевого перемещения.

.1

ФигМ

Вид Б

фиг,. 5