Магнитоэлектрический измерительный механизм Советский патент 1991 года по МПК G01R5/02 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в малогабаритных щитовых электроизмерительных приборах высокой чувствительности с большим углом раствора шкалы.

Цель изобретения - повышение чувствительности магнитоэлектрического измерительного механизма при сохране- нии малых габаритов и значительного (угла раствора его шкалы. /

На фиг. 1 изображена схема магнитоэлектрического измерительного механизма без верхнего основания, вид сверху на фиг. 2 - тс же разрез на фиг. 3 - электрите ьая схема подключения измерительной обмотки к источнику измеряемого сигнала с схематичным раскрытием конст- рукции феррида| на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1 (в месте установки на рамке ферромагнитного элемента).

Магнитоэлектрический измерительный механизм содержит магнитную систему, состоящую из цилиндрического полого магнитопровода 1, соединенного нижним 2 и верхним 3 плоскими основаниями. Внутри магнитной системы к плоскости нижнего основа- ния 2 прикреплен постоянный магнит, выполненный составным из двух плоских полудисков 4 и 5 одинакового диаметра, намагниченных вдоль оси в противоположных направлениях, прижатых друг к другу торцовыми диаметральными сторонами и прикрепленных к основанию 2 в одной плоскости.

Внутри магнитопровода 1 в рабочем зазоре, образованном постоянным магнитом и верхним основанием 3, размещена рамка 6 с измерительной обмоткой 7, намотанной на немагнитный каркас 8. Рамка 6 выполнена в форме полукруга и закреплена кон- сольно на оси 9,расположенной в осевом отверстии постоянного магнита перпендикулярно плоским основаниям 2 и 3 и соосно с постоянным магнитом. Ось 9 установлена в керновых опорах 10 и соединена с моментными спиральными пружинами 11, закрепленными на обойме 12, и стрелочным указателем 13. При этом рамка 6 установлена так, что при обесточенной измеритель ной обмотке 7 ее диаметральный участок проходит вдоль линии стыка полудисков 4 и 5, составляющих постоянный магнит. На диаметральном участ

0

5 0

5

5

ке рамки 6 с одной из сторон от оси вращения закреплен ферромагнитный элемент 14, выполненный, например, в виде скобы, обжимающей каркас 8 рамки 6. На постоянном магните на изоляционной подложке 15 под плоскостью рамки 6 в зоне движения ферромагнитного элемента 14 (на таком же радиальном расстоянии от оси вращения рамки) и напротив места расположения ферромагнитного элемента 6 при обесточенной измерительной обмотке 7 установлены рядом вдоль линии стыка полудисков 4 и 5 магнита два двухпозиционных магнитных элемента релейного типа (феррида) 16. ферриды 16 включены в электрическую цепь измерительной обмотки 7 так, что обеспечивают при одновременном Переключении смену полярности подключения измерительной обмотки 7 (фиг.З) к источнику 17 (Е) измеряемого сигнала постоянной полярности. При этом ферриды 16 настроены на режим переключения в момент их расположения в рабочем зазоре вдоль одной вертикальной оси с ферромагнитным элементом 14.

В данной конструкции использован переключающий феррид, в исходном положении контакт (подвижный) ферридов 16 с помощью пружины прижат в положение 1, при этом через измерительную обмотку 7 измерительного механизма (ИМ) протекает ток определенной полярности. Теперь при импульсном намагничивании ферромагнетика магнитопровода феррида 16, либо подачей в специальную обмотку возбуждения (не показано) импульса электрического тока, либо созданием импульсного скачка магнитного потока подвижный контакт каждого из ферридов переходит в положение 2, преодолевая усилие пружины, причем после окончания импульса контакты остаются в данном положении за счет остаточного магнитного потока ферромагнетика феррида. Для обратного переключения контакта в положение 1 необходимо подать импульс противоположного направления и той же величины, чтобы разманитить магнитную систему, и тогда пружина опять притянет подвижный контакт в положение 1. При переключении одновременно ферридов 16 из положения 1 в положение 2 полярность подключения измерительной обмотки ИМ к источнику

5

17 измеряемого сигнала изменяется, т.е. меняется направление протекающего через измерительную обмотку 7 постоянного тока.

Магнитоэлектрический измерительный механизм работает следующим образом.

Пусть в нулевом положении (фиг.1 т.е. при обесточенной измерительной обмотке 7, рамка 6 установлена так, что ее диаметральная сторона несколько повернута по часовой стрелке относительно линии стыка полудисков 4 и 5 постоянного магнита. Для начала движения рамки 6 необходимо лишь минимальное, выстанавливаемое при регулировке смещение, так, что можно считать, что рамка 6 ориентирована в исходном положении вдоль линии стыка полудисков 4 и 5 (такое смещение конструкцией механизма не предусматривается, а лишь выстанав- ливается при подготовке прибора к работе с помощью корректора). Полудиски 4 и 5 намагничены вдоль вертикальной оси так, что (фиг.1) у левого полудиска 5 вверху - южный полюс, а у правого полудиска 4 - северный полюс. Контакты ферридов 16 в исходном положении замкнуты в положение 1 (фиг.З), и при этом ток i протекает по измерительной обмотке 7 в направлении, показанном на фиг. стрелками (прямыми вдоль диагональной стороны рамки 6). При этом, согласно закону электромагнитной индукции, на половину диаметральной сто- роны рамки 6, находящейся над северным полюсом, будут действовать силы создающие направленный по часовой стрелке вращающий момент (криволиненая стрелка на фиг.1) На половину диаметральной стороны рамки над южным полюсом действует момент, напраленный в ту же сторону. Таким образ здесь в отличие от известных униполярных приборов работают обе радиалные стороны рамки 6, что увеличивае чувствительность примерно в два раза Такое действие момента будет до тех пор, пока рамка 6 не повернется на угол 180. Ферромагнетики магнито- провода внутри колбы ферридов 16 намагничиваются в магнитном поле постоянного магнита, так как ферриды 16 расположены в рабочем зазоре магнитной системы непосредственно под рамкой 6. В общем случае ферриды 16

отрегулированы так, что намагниченности их ферромагнетика недостаточно для притягивания контакта за счет преодоления усилия пружины, т.е. переключения в положение 2. Кроме того, ферриды 16 установлены вдоль ли0

5

0

0

нии стыка полудисков 4 и 5, т.е. на границе раздела магнитных полей постоянного магнита разных (противоположных) направлений, что практически не приводит к ориентированному намагничиванию ферромагнетиков ферридов 16. При повороте рамки 6 на 180° непо- 5 средственно над ферридами 16 находится установленный на рамке 6 ферромагнитный элемент 14, который намагнитился от постоянного магнита, причем намагнитился в определенном направле- 0 нии, так как при повороте рамки 6 в пределах 180° ферромагнитный элемент 14 находился над северным полюсом постоянного магнита (полудиск 4). Ферриды 16 отрегулированы так, что 5 при намагничивании их ферромагнетиков от ферромагнитного элемента 14 они срабатывают и переключаются в положение 2, при этом направление тока в рамке 6 за счет смены полярности подключения источника измеряемого сигнала меняется и вращающий момент опять действует на рамку 6 по часовой стрелке до ее поворота на 360° (упор, ограничивающий поворот рамки не показан). Данная конструкция в случае необходимости без изменения принципа действия может быть использована для создания многооборотного измерительного механизма (необходимо только предусмотреть вопрос создания противодействующего момента и отсчета числа оборотов). При обратном движении рамки 6 при уменьшении измеряемого сигнала ферромаг- 5 нитный элемент 14 подходит к ферри- дам 16 уже со стороны южного полюса магнита. В этом случае ферромагнитный элемент 14 намагничен на такую же величину, но в противоположном направ- 0 лении. Поэтому он размагничивает ферромагнетик ферридов 16, в результате чего контакты ферридов 16 опять Отпускаются в положение М и восстанавливается исходная полярность подключения. Даже в случае неточной подборки параметров электромагнитных элементов (ферридов 16, ферромагнитного элемента 14) и т.д., возможна настройка ферридов на режим сраба5

тывания в момент нахождения с ними на одной вертикальной оси ферромагнитного элемента 14. Следует иметь ввиду, что импульсное воздействие магнитного поля на ферриды 16 вызвано не только намагниченностью от постоянного магнита ферромагнитного элемента 14 (хотя этот эффект конечно является преобладающим), но и резким уменьшением магнитного сопротивления рабочего зазора & месте нахождения ферромагнитного элемента 14, т.е. усилением магнитного поля постоянного магнита, действующего на ферриды 16 в момент прохождения ферромагнитного элемента 14. Однако, во избежание усложнений при регулировке лучше оптимально подобрать параметры электромагнитных элементов, обеспечивающих точное срабатывание именно в заданный момент. Данный измерительный механизм достаточно прос -по конструкции, отличается высокой технологичностью, имеет комнатную форму в виде плоского диска диаметром не более 50 мм и толщиной порядка 25 мм. Форма измерительного механизма очень .удобно вписывается в размеры шкалы, диаметр которой практи- чески равен диаметру измерительного механизма. Предлагаемый измерительный механизм отличается повышенной чувствительностью к измеряемому сигналу и значительным углом раствора шкалы, превосходя по данным показателям большинство известных измерительных механизмов. Вследствие этого предлагаемый измеритель

Q 5 о

5

ный механизм может быть использован в малогабаритных щитовых электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы с высокой точностью и чувствительностью.

Формула изобретения

Магнитоэлектрический измерительный механизм, содержащий магнитопро- вод в виде полого цилиндра с плоскими основаниями, перпендикулярно которым в центре магнитопровода размещена ось, соединенная с указателем, на которой закреплен постоянный магнит в виде диска, расположенный на нижнем основании магнитопровода, рамку с измерительной обмоткой, закрепленную на оси между верхним основанием магнитопровода и постоянным магнитом, параряллельно им, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен ферромагнитным элементом и двумя двухпозиционными переключающими магнитными элементами релейного типа, постоянный магнит выполнен из двух идентичных полудисков, намагниченных вдоль оси в противоположных направлениях, рамка выполнена в форме полукруга, на одном из радиусов которого закреплен ферромагнитный элемент, при этом двухпозиционные переключающие магнитные элементы релейного типа закреплены на постоянном магните вдоль линии стыка его полудисков, на одинаковом с ферромагнитным элементом радиальном расстоянии от оси.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в щитовых малогабаритных высокочувствительных приборах. Цель - повышение чувствительности измерительного прибора при сохранении значительного угла раствора его шкалы, достигается благодаря введению ферромагнитного элемента, ферридов, определенного выполнения постоянного магнита с соответствующими связями. Измерительный механизм содержит маг77 /О t I з к нитную систему, состоящую из полого цилиндра 1 и плоских оснований 2 и 3, внутри которой к нижнему основанию прикреплен постоянный магнит, состоящий из двух полудисков 4 и 5, намагниченных вдоль оси в противоположных направлениях. В рабочем зазоре, образованном постоянным магнитом и верхним основанием 3, размещена рамка 6 с измерительной обмоткой, установленная на поворотной оси 9, размещенной в керновых опорах 10. На диаметральной стороне рамки 6 с одной из сторон от оси закреплен ферромагнитный элемент, а на постоянном магните напротив ферромагнитного элемента размещены на линии стыка полудисков 4 и 5 два двух- позиционных магнитных элемента релейного типа (ферриды). Ферриды включены в электрическую цепь измерительной обмотки и обеспечивают при одновременном переключении смену полярности подключения измерительной обмотки к источнику измеряемого сигнала. 4 ил. SЈ /О I 13 / О5 со оэ Cfc

:i:K

Фие.4