Магнитоупругий датчик давления Советский патент 1990 года по МПК G01L9/16 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, может быть использовано для контроля давления жидкостей преимущественно в гидросистемах управления нажимными винтами клетей прокатных станов и является усовершенствованием изобретения по авт. св. №970151.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем компенсации составляющей гистерезиса в выходном сигнале.

На фиг. 1 изображен предлагаемый маг- нитоупругий датчик давления (продольный разрез и два поперечных): на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - кривые зависимости измерительного и компенсационного сигна лов от величины давления; на фиг. 5 кривые зависимости абсолютных значений гистерезиса измеритель+4ого Ьи и компенсационного bk сигналов от величины давления рабочей жидкости.

Магнитоупругий датчик давления состоит из чувствительного элемента 1 в вмде полого цилиндра, выполненного из магни- тоупругого материала, первого элемента намагничивания, состоящего из сердечника 2 с обмотками намагничивания 3 и измерительной 4 второго элемента намагничивания в виде цилиндрического вкладыша 5 с дополнительным сердечником 6 и компенсационной обмоткой 7. Выводы обмоток подключены к разьему 8, через который происходит подвод питания и съем сигналов Между корпусом 9 датчика и внешней боковой поверхностью чувствительного элемента 1 имеется полость 10, соединяемая через штуцер с измеряемой средой. На наружном конце цилиндрического вкладыша 5 имеется устройство его поворота и фиксации в виде цангового фиксатора П

Магнитоупругий датчик давления работает следующим образом.

При подключении намагничивающей обмотки 3 датчика к источнику переменного тока в сердечнике 2 элемента намагничивания возникает магнитный поток, который проходит через воздушный зазор и разветвляется в чувствительном элементе на два окружных потока продольный поток Фн, проходящий через дополнительный сер при воздействии измеряемой среды на внешнюю боковую поверхность чувствительного элемента во внутреннем поверхностном слое трубы возникают сжимающие от и продольные растягивающие о напря жения.

к ае

Напряжения at при положительной маг- нитострикции материала трубы приводят к снижению магнитной проницаемости материала в направлении окружного потока

Ф, самого потока Фс и ЭДС Ей измерительной обмотки 4. сцепленной с этим потоком. На фиг. 4 показана зависимость сигнала измерительной обмотки Ей f(P) от величины давления рабочей жидкости для цикла

0 нагрузки (верхняя кривая) и разгрузки (нижняя кривая). Как видно измерительный сиг- наг- характеризуется отрицательной величиной магнитоупругого гистерезиса

(см. фиг. 4 и 5).

5Ьи1 ЕиШ-1 ,( J

где Еи1б, Ev ,M - сигнал измерительной обмотки на i-й ступени давления при подходе со стороны больших и меньших давлений соответственно;

20 Ьи1 - абсолютное значение гистерезиса на 1-й ступени давления.

Компенсационная обмотка 7, расположенная на дополнительном сердечнике 6 рядом с элементом намагничивания, сцеп- 25 лена с продольным магнитным потоком Фп, который меньше по величине потока Jk и при воздействии давления возрастает ЭДС Ek индуктируемая в компенсационной оЬ- мотке 7 потоком Фн, с ростом давления Р 30 также возрастает (фиг. 4). Зависимость Ек - ф (Р) характеризуется положительной ве- личиной гистерезиса bki (фиг. 5). При сложении сигналов измерительной и компенсационной обмоток в случае равенства фаз этих сигналов можно получить безгистерезисную зависимость результирующей ЭДС датчика от давления рабочей

жидкости.

Можно показать, что фаза сигнала Ьк и соответственно сдвиг фаз Ей и Ек зависят от угла а - угла между сердечниками элемента намагничивания и дополнительного вкладыша. Угол а может быть определен в процессе наладки датчика. Наладка-градуировка предлагаемого . датчика давления с целью определения оптимального угяа а осуществляется следуюш,им образом.

Устанавливают при помощи цангового

° фиксатора дополнительный сердечник, размещенный в цилиндрическом вкладыше.. параллельно сердечнику элемента намагничивания ( ai 0). Датчик устанавливают на грузопоршневой манометр. Обмотку намаг5S ничивания подключают к источнику переменного тока. Измерительную обмотку соединяют последовательно - согласно с корректирующей - и подключают к вольтметру Поднимая давление в манометре и

35

40

соответственно в датчике от О до номинального значения Рн, а затем понижая его до О, снимают для каждой ступени давления показания вольтметра. Определяют величину гистерезиса Ьц выходной характеристики, как разность показаний вольтметра на i-й ступени давления при подходе к ней со стороны больших и меньших давлений.

Поворачивают дополнительный сердечник по часовой стрелке относительно сердечника элемента намагничивания на угол «2 10°, Нагружают и разгружают датчик с помощью грузопоршневогй манометра в диапазоне 0-Рн-О. Снимают одновременно показания вольтметра на каждой ступени.

Определяют величину гистерезиса b2j выходной характеристики, соответствующих углу «2. Сравнивают его величину с предыдущим значением Ьц. Если b2i Ьц. снова поворачивают дополнительный сер дечник по часовой стрелке на угол «з 20° и повторяют вс.ю процедуру определения величины гистерезиса выходной характеристики аналогично указанному. Если Ьз1 b2i bii снова увеличивают угол адо- ЗО и т.д. до тех пор, пока последующее увеличение угла ctj не приведет к росту Ь;. Тогда предыдущее значение угла «j -1 является оптимальным. В случае, если Ь2 оказывается больше bii, то следует дополнител.ьный сердечник установить под углом - Ю относительно сердечника элемента намагничивания, поворачивая вкладыш против часовой стрелки. Все остальные этапы по-

иска оптимального угла аналогичны указанным.

Для облегчения определения угла поворота дополнительного сердечника

5 относительно сердечника элемента намагничивания на торец чувствительного элемента со стороны цангового фиксатора цилиндрического вкладыша можно приклеить лимб из бумаги с угловыми делениями

10 через 10° по и против часой стрелки отно- сильно положения сердечника элемента намагничивания, принимаемого за нулевое. На торец цангового фиксатора можно кра- йкой нанести метку, определяющую поло15 жение дополнительного сердечника во вкладыше.

Таким образом, предлагаемый магнито- упругий датчик давления по сравнению с прототипом позволяет исключить гистере- 20 зисную составляющую погрешности и тем самым повысить точность измерения. Формула изобретения Магнитоупругий датчик давления по авт св. Мг 970151. отличающийся тем,

25 что. с целью повышения точности, он снабжен вторым аналогичным первому и разме; uieHHbiM в полом цилиндре элементом намагничивания и устройством его поворота и фиксац ии относительно продольной оси

30 полого цилиндра, при этом первый элемент намагничивания снабжен нзмагничиваю- обмоткой, а измерительные обмотки обоих элементов намагничивания соединены последовательно.

35

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к магнитоупругим датчикам давления. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения гистерезиса. Датчик содержит чувствительный элемент 1 в виде полого цилиндра из магнитоупругого материала, в котором размещены два элемента намагничивания, состоящие из сердечников 2, 6, охваченных измерительными обмотками, соединенными последовательно согласно. Кроме того, сердечник 2 первого элемента намагничивания охвачен обмоткой намагничивания. Сердечники 2, 6 размещены в диаметральной плоскости чувствительного элемента. При регулировке датчика, при подаче давления в полость 10 путем поворота второго элемента намагничивания с помощью цангового фиксатора 11 добиваются наименьшего значения гистерезиса. 5 ил.

-А

Фиг. 2

6-5

Фиг.5

и. Т АГ. в

Фиг,

Вц би тЬ

Фаг. 5