Магнитоупругое силоизмерительное устройство Советский патент 1990 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к силоиз- мерительной технике и может быть ис пользовано в приборах, предназначенных для автоматического взвешивания железнодорожных вагонов, автомобилей, для автоматизации работы дозато ров и т,По

Цель изобретения повьпаение точности за счет уменьшения погрешнос- ти от магнитного гистерезиса и твм пературыв

На фиг„ 1федставлена электричес кая схема магнитоупругого силоизмерительного устройства; на фиГв2 - магнитоупругие преобразователио

Магнитоупругоё силоизмерительное устройство (фиГоО содержит два магнитоупругих преобразователя 1 и 1, измерительные выпрямители 2 и 3, делитель 4 напряжения, суммат ор 5, цифровой измерительный прибор 6 и блок 7 питания,

Магнитоупругие преобразователи (фиГв2) имеют воспринимающий измеряемую силу F сердечник 8 в виде пакета пластин из магнитострикционного материала, в котором сделано восемь сквозных отверстий 9-16 для обмо ток двух магнитоупругих преобразова- телейо

Преобразователь 1, расположенный в верхней части сердечника 8, имеет намагничивающую обмотку 17 в отверстиях 9 и 12,, сигнальную обмотку 18 в отверстиях 10 и 11 и четыре дополнительные обмотки 19 - 22, располо- же1П1ые в упомянутых вьше четырех отверстиях сердечника Преобразователь 1о1, ра:сположенный в нижней части сердечника, имеет- только две обмотки: намагничивагяцую 23 в отверстиях 13 и 16 и сигнальную 24 в отверстиях 14 и 15,

Намагнищ1ваюпдае обмотки 17 и 23 под Ш1оче1Ш к блоку 7 питания. Сигналная обмотка 18 соединена с входо.м измерительного выпрямителя 2, а вторая сигнальная обмотка 24 - с входом измерительного выпpя mтeля. 3, Выходы выпрямителей, один через делитель 4 напряжения, другой непосредственно, соединены с .сумматором 5, ре лиз пощим функцию вычитания, а выход сумматора подключен к входу цифрового измерительного при- бора 6о Обмотки 19 и 20, плоскости которых параллельны включены последовательно и согласно и замкнуты на

д

5

0

5 о

лп

5 0

5

5

154

коротко. Аналогично включены обмотки 2 и 22,

Принцип действия магнитоупругих преобразователей заключается в следующем,

Протекаю1цие по намагничивающим обмоткам 17 и 23 переменные токи создают магнитные потоки, замыкающиеся вокруг отверстий, в которых эти обмотки расположены. При измеряемой силе F О и при отсутствии анизотропии магнитных свойств сердечника во взаимно перпендикулярных направлениях магнитные потоки не сцеплены с сигнальными обмотками 18 и 24 и напря-- жения на зажимах последних равны нулю. Под действием гфиложенной к сердечни1су 8 измеряемой силы F магнитные сопротивления вертикальных проходов в сердечнике между отверстиями для обмоток увеличиваются, маг- нитный поток перераспределяется в плоскости пластины и часть его сцепляется с сигнальной обмоткой. На з.а- жимах сигнальных обмоток 18 и 24 возникают напряжения, завися ще от

СШ1Ы FO

Намагничившощие обмотки 17 и 23 имеют равное число витков, Каждая из дополнительных обмоток занимает не более 20% площади отверстия для обмоток. При этом дополнительными об- MOTkai-flu в магнитную цепь верхнего преобразователя вносится магнитное сопротивление, превьш1а ощее в 2-3 раза то, которое имеет зта цепь при разомк гутых дополнительных обмотках.

Магнитная цепь магнитоупругого преобразователя нелинейная и имеет мостовую структуру с чувствительными элемента и в виде участков магни- топровода, образующих плечи моста. По мере роста нелинейности такой цепи погрещность преобразователя уменьшается,

В сердечнике из электротехнической стали при магнитной индукции между отверстиями для намагничивакщей об- МОТ1Ш, равной 1,5 Тл или несколько вьше, замыкание накоротко дополнительных обмоток линеариз: JT магнитную цепь и увеличивает относительную погрешность магнитоупругого преобразователя приблизительно в два

.раза,

Это используется в магнитоупругом силоизмерительном устройстве, в

. основу которого положено наличие

5

двух ма-гнитоупругих преобразователей с общим сердечником, один из которых имеет линейную магнитную цепь, а второй - нелинейную,

Силоизмерительное устройство реализует вычисление выходной величины и из следующего уравнения:

и и - 0,5 Ки.

(1) to

де U:| - выходное напряжение магнито- упругого преобразователя без дополнительных обмоток (напряжение обмотки 24)

Uj - выходное напряжение магнито упругого преобразователя с дополнительными обмотками (напряжение 8); К - найденное при градуировке 20 среднее отношение U к 11 в диапазоне или в заданной части диапазона измерения. оскольку

25

К

и 1 срUf

о -

и

ср

и

(2)

и ,и - средние значения U,,U1с 2

в диапазоне или в за-

данной части диапазона 30 измерения, и и,- 0,5 К U2CiQ,5 и, .

при градуировке .

и. и,

рабочем измерении

и,. и,г+, ;

Uj. Ujr+ Л ,.

(3)

где Л и й„ абсолютные погрешности,

содержарщеся при рабо- чем измерении в выход.- ных напряжениях U. и и соответственно.

Подставляя (3) в (1) получают

и и,- 0,5 К Л,- 0,5 K/3i.

(4)

Требуется показать, что разность абсолютных погрешностей

/3,- 0,5 К-л , входящая в (4), приблизительно равна

а

15976156

нулю. Лпя этого указанную разность с учетом значения коэффициента К из (2) преобразуют к виду

to

s

0

5

0

5

0

5

0

5

А dr 0,5 и, .

Относительная погрешность j/U преобразователя с линеаризированной магнитной цепью (с дополнительными обмотками ), которая вдвое больше относительной погрешности /U второго преобразователя, будучи умноженной на половину выходного напряжения последнего, т.е. на 0,5 U, даст его же погрешность А , TaKiiM образом

Л, 0,5 К -л аО,

а выходная величина U устройства в целом не зависит от погрешностей магнитоупругих преобразователей.

Поэтому при рабочем измерении в выходной величине (4) не содержится погрешность блока магнитоупругих преобразователей 1, Точнее, погрешность, содержа1цаяся в выходной вели- чине, во много раз меньше по сравнению с л, или j.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемая сила действует на сердечник 8 магнитоупругих преобразовате лей I и Ul, выходные напряжения U и и которых с зажимов обмоток 24 и 18 соответственно поступают на входы выпрямителей 3 и 2а. Действующее на выходе тзыпряемителя 2 напряжение и в делителе 4 умножается на величину, равную - 0,5К, и поступает на вход сумматора 5, на другой .вход которого поступает напряжение U с выхода выпрямителя 3, В сумматоре, в соответствие с формулой (1), из Uj вычитается 0,5 К Uj и напряжение U поступает на вход измерительного прибора 6, -С которого результаты измерения считываются или в цифровом коде передаются в регистрирующие устройства.

Формул а-из обр е тения

Магнитоупругое силоизмерительное устройство, содержащее расположенные друг над другом два магнитоупругих преобразователя, выполйенных в виде общего сердечника из пластинок электротехнической стали, взаимоперпендикулярные намагничивающие и сигналь

Изобретение относится к силоизмерительной технике и позволяет повысить точность измерения магнитоупорного силоизмерительного устройства. Силоизмерительное устройство содержит два магнитоупругих преобразователя 1 и 11, намагничивающие обмотки которых соединены параллельно и подключены к блоку 7 питания. При действии измеряемой силы F в измерительных обмотках 18 и 24 появляются напряжения U₂ и U₁ соответственно. Напряжение U₂ через измерительный выпрямитель 2 и делитель 4 поступет на один из входов сумматора 5. В делителе 4 напряжение умножается на величину, равную 0,5 K, где KъU₁/U₂. Напряжение через измерительный выпрямитель 3 поступает на другой вход сумматора 5. В результате напряжение на выходе сумматора пропорционально измеряемой силе, а его величина определяется из выражения U = U₁ - 0,4 KU₂. 2 ил.