Магнитоупругий датчик усилий Советский патент 1992 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения массы и усилий.

Известен магнитоупругий датчик давления, содержащий замкнутый мэгнитопро- вод в виде кольца с двумя консольными балками, расположенными в плоскости по его диаметру, на каждой из которых размещены намагничивающая и измерительная обмотки.

Недостатком датчика является низкая чувствительность

Наиболее близким по технической сущности является магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод в форме колеса, имеющего замкнутый кольцевой обод, ступицу и спицы между ними со щелями в спицах и кольцевом ободе разделяющими эти участки мягнигопроводя на два

стержня, один из которых охвачен намагничивающей, другой - измерительной обмоткой.

Недостатком известной конструкции является низкая чувствительность из-за малой величины механических напряжений в измерительных стержнях.

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика.

Цель достигается тем, что в магнитоуп- ругом датчике усилий, содержащем кольцевой магнитопровод с выполненными по длине окружности сквозными щелями, разделяющими магнитопровод на два стержня, один из которых охвачен измерительной обмоткой, дополнительно имеются второй кольцевой магнитопровод со сквозными щелями и измерительной обмоткой и три упругие конические втулки, расположенные соосно с магнитопроводами при этом наXJ vj 00 (Л СП Ч)

ружный диаметр второго кольцевого магнитопровода меньше внутреннего диаметра первого кольцевого магнитопровода, одна упругая коническая втулка установлена с возможностью взаимодействия большим основанием с внутренней поверхностью первого кольцевого магнитопровода, а меньшим основанием с наружной поверхностью второго кольцевого магнитопровода, а каждая из двух других упругих конических втулок расположена симметрично первой упругой конической втулке относительно срединной плоскости соответствующего магнитопровода.

На фиг. 1 показан общий вид магнито- упругого датчика усилий, на фиг. 2 - то же, поперечный разрез.

Магнитоупругий датчик усилий содержит три кольцевых магнитопровода 1 и два кольцевых магнитопровода 2 со сквозными щелями 3, выполненными по длине окружности. Наружный диаметр каждого

кольцевого магнитопровода 1 меньше внутреннего диаметра кольцевого магнитопровода 2. Магнитопроводы 1 имеют выступы (углубления) 4 на наружной кольцевой поверхности, а магнитопроводы 2 - на внутренней. Щели 3 разделяют отдельные участки магнитопроводов 1, 2 на два стержня 5, один из которых охвачен измерительной обмоткой 6, а другой - 7. Все измерительные обмотки 6 магнитопроводов 1 соединены между собой последовательно. Так же соединены обмотки 7 магнитопроводов 2. Полученные таким образом две обмотки датчика усилий включены в смежные плечи мостовой измерительной схемы (на фиг. не показана). Кольцевые магнитопроводы 1, 2 через шесть силопередающих элементов в виде упругих конических втулок 8, расположенных соосно с магнитопроводами, размещены вдоль оси 9 в последовательный ряд. В этом последовательном ряду каждый кольцевой магнитопровод 1 охватывается без зазора торцовыми частями двух упругих конических втулок 8, а каждый кольцевой магнитопровод 2 охватывает без зазора торцовые части двух упругих конических втулок 8. Любая смежная пара конических втулок 8 в последовательном ряду расположена симметрично относительно срединной плоскости 10 соответствующего кольцевого магнитопровода.

Магнитоупругий датчик усилий работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого усилия Р, воздействующего на крайние в последовательном ряду упругие конические втулки 8, мостовая измерительная схема уравновешена и сигнал, снимаемый с диагонали моста, равен нулю. При приложении сжимающего усилия вдоль оси 9 конические

втулки 8 упруго деформируются следующим образом. Диаметр конуса большого размера увеличивается, а диаметр меньшего - уменьшается (т.е. происходит упругая осадка конической втулки 8). Такая деформация

конических втулок 8 вызывает растягивающие напряжения в магнитопроводе 2 и сжимающие напряжения в магнитопроводе 1. Вследствие этого изменяются индуктивности обмоток 6 и 7 магнитопроводов 1 и 2 (за

счет изменения магнитной проницаемости материала магнитопровода), причем индуктивность одной из них увеличивается, а индуктивность другой - уменьшается. Такое изменение индуктивностей обмоток 6 и 7

приводит к разбалансу мостовой схемы и появлению на выходе сигнала, пропорционального прилагаемому усилию. Формула изобретения Магнитоупругий датчик усилий, содержащий кольцевой магнитопровод с выполненными по длине окружности сквозными щелями, разделяющими магнитопровод на два стержня, один из которых охвачен измерительной обмоткой, отличающийся

тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен по крайней мере вторым кольцевым магнитопроводом со сквозными щелями и измерительной обмоткой и тремя упругими коническими втулками, расположенными соосно с магнитопроводами, при этом наружный диаметр второго кольцевого магнитопровода меньше внутреннего диаметра первого кольцевого магнитопровода, одна упругая коническая втулка установлена с возможностью взаимодействия большим основанием с внутренней поверхностью первого кольцевого магнитопровода, а меньшим основанием - с наружной поверхностью второго кольцевого магнитопровода, а каждая из двух упругих конических втулок расположена симметрично первой упругой конической втулке относительно срединной плоскости соответствующего магнитопровода.

Использование: системы автоматического измерения массы и усилий. Сущность изобретения: датчик содержит по крайней мере два кольцевых магнитопровода и три соосно расположенные с ними упругие конические втулки. В кольцевых магнитопроводах выполнены по длине окружности сквозные щели, разделяющие магнитопро- вод на два стержня. Наружный диаметр кольцевого магнитопровода меньше внутреннего диаметра кольцевого магнитопровода. Одна упругая коническая втулка установлена с возможностью взаимодействия большим основанием с внутренней поверхностью кольцевого магнитопровода, а меньшим основанием - с наружной поверхностью магнитопровода. Вторая упругая коническая втулка расположена симметрично первой относительно срединной плоскости магнитопровода.Третья упругая коническая втулка расположена симметрично первой упругой конической втулке относительно срединной плоскости магнитопровода. 2 ил.