Магнитоупругий датчик усилий Советский патент 1991 года по МПК E21B44/00 

о

W 00

о

Изобретение относится к устройствам контроля и управления процессом бурения, а именно к измерению осевого усилия на долоте в станках вращательного бурения.

Целью изобретения является повышение чувствительности датчика и точности измерений за счет перераспределения магнитных потоков.

На фиг. 1 изображен датчик для измерения аксиальных сил; на фиг. 2 -датчик для измерения радиальных сил; на фиг. 3 - распределение магнитных потоков в магнито- проводе; на фиг. 4 - зависимость ЭДС катушек от усилия, приложенного к датчику.

Магнитоупругий датчик усилий содержит магнитопровод 1, выполненный в форме полого тора произвольного сечения и выполняющий роль корпуса, в котором расположена на каркасе 2 возбуждающая 3 и компенсирующая 4 обмотки, на каркасе 5 измерительная обмотка 6, которая отделена от возбуждающей 3 и компенсирующей 4 обмоток чувствительными элементами 7, выполняющими роль переменного, в зависимости от усилий, магнитного шунта. Из- мерительные элементы 7 способны воспринимать нагрузки Р от внешних элементов конструкции какого-либо агрегата.

Датчик работает следующим образом.

При отсутствии нагрузки магнитная проницаемость чувствительных элементов 7 равна fi0 и низка относительно магнитной проницаемости магнитопровода 1. Магнитная проводимость чувствительных элементов 7 также относительно низка, основной магнитный поток Фо, индуцированный током возбуждающей обмотки 3 течет по маг- нитопроводу (фиг. За), шунтирующее действие чувствительных элементов 7 сказывается незначительно и в измерительной обмотке 6 наводится ЭДС Ј0. При воздействии внешних сил на чувствительные элементы 7 (фиг. 36) магнитная проницаемость ,м последних растет, растет их магнитная проводимость, магнитный поток Ф0 перераспределяется между внешней частью магнитопровода 1 и чувствительными элементами 7. ЭДС, индуцированная разностью магнитных потоков Ф - фг в измерительной обмотке б, изменяется пропорционально зависимости /4 f i(F) и может стать равной нулю или поменять знак, если Фг Ф1.

Для получения линейной характеристики (F) служит компенсирующая обмотка 4, включаемая встречно с измерительной обмоткой 6. Характеристики (F) показаны на фиг. 4, где Јк - ЭДС компенсирующей обмотки 4, независимая от приложенных

усилии, еи - ЭДС измерительной обмотки б и efe - суммарные ЭДС встречно включенных измерительной б и компенсирующей 4 обмоток.

Магнитоупругий датчик для измерения

радиальных усилий содержит также магнитопровод 1 в форме полого тора, однако оси чувствительных элементов 7 ориентированы вдоль направления действия сил. Такой датчик может найти применение для непосредственного измерения усилий в телах качения.

Достоинством датчика является его технологичность производства и сборки, так как в нем присутствует лишь три обмотки на

дВуХ каркасах, магнитопровод одновременно служит корпусом датчика, небольшое количество паянных соединений, все измерительные стержни одной длины. Перечисленные преимущества удешевляют

изготовление и сборку датчиков, позволяют добиться высокой повторяемости их характеристик.

Формула изобретения Магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод с размещенными в нем чувствительными элементами, а также измерительную компенсирующую и возбуждающую обмотки, намотанные на каркасы, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений за счет перераспределения магнитных потоков, магнитопровод выполнен в виде полого тора, внутри которого размеще- ны два кольцеобразных каркаса, на первом из которых намотана компенсирующая и возбуждающая обмотки, а на втором - измерительная обмотка, причем чувствительные элементы размещены между каркасами.

/ J/

Изобретение относится к контролю и управлению процессом бурения и предназначено для измерения аксиальных и радиальных усилий в узлах горных машин. Цель изобретения - повышение чувствительности датчика и точности измерений за счет перераспределения магнитных потоков. Датчик включает в себя магнитопровод (МП) 1, чувствительные элементы 7 из маг- нитоупругого материала, измерительную 6, возбуждающую 3 и компенсирующую 4 обмотки, намотанные на каркасы. При этом МП 1 выполнен в форме полого тора, внутри которого размещены обмотки 3, 4 и 6. Обмотки 3 и 4 намотаны на первом каркасе и отделены от обмотки 6 чувствительными элементами 7. Обмотка 6 намотана на втором каркасе. При отсутствии нагрузки магнитная проницаемость чувствительных элементов 7 низка относительно магнитной проницаемости МП 1. Основной магнитный поток индуцируется током обмотки 3. Магнитный поток замыкается по МП1. При воздействии внешних сил на чувствительные элементы 7 их магнитная проницаемость возрастает. Магнитный поток перераспределяется между МП t и чувствительными элементами 7. При этом изменяется ЭДС в обмотке 6 пропорционально воздействию внешних сил. 4 ил. (Л

S Фиг. 3

Фиг. Z

6 5