Способ изготовления чувствительного элемента магнитоупругого датчика усилия Советский патент 1993 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в различных областях промышленности, использующих магнитоупругие датчики для преобразования усилия в электрический сигнал.

Известен способ, согласно которому из- готаМивают кольцевой чувствительный эле- мент из ферромагнитного материала, высверливают в нем равномерно расположенные сквозные радиальные отверстия, в которые протягивают проводники обмотки.

Недостатками известного способа являются сложность изготовления чувствительного элемента, трудоемкость выполнения обмоГки, большой расход материала, идущего нэ изготовление чувствительного элемента, а также малая мощность выходного

сигнала датчика, реализующего способ его изготовления, так как чувствительный элемент - монолитный, а не шихтованный материал.

Наибоде близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является, принятый в качестве прототипа, способ изготовления магнитоупругого датчика, по которому изготавливают кольцевой витой чувствительный элемент из ленточного ферромагнитного материала, высверливают в нем пары сквозных радиальных отверстий, расположенные поочередно параллельно и перпендикулярно образующей чувствительного элемента, в которые закладывают обмотки.

Достоинством прототипа является снижение расхода материала магнитопровода

XI

О

ел

0 О

по сравнению с датчиком, реализующим предыдущий способ.

Однако, прототип характеризуется сложностью изготовления из-за наличия отверстий в магнитопроводе для укладки об- мотки. Кроме того для обеспечения приемлемой точности измерения датчиком, реализующим способ, требуется увеличение аксиэльногоги поперечного размеров, чувствительного элемента, так как наличие отверстий - концентраторов обусловливает необходимость снижения уровня допустимых механических напряжений в неослабленном сечении чувствительного элемента. Кроме того, датчик, реализующий способ, изготовления, характеризуется достаточно высоким гистерезисом выходного сигнала из-за наличия концентраторов напряжения в виде отверстий.

Целью настоящего изобретения является упрощение технологии изготовления чувствительного элемента магиитоупругого датчика усилия и материалосбережение.

Цель достигается тем, что в известном способе изготовления, состоящем в намотке магнитопровода и токопроводящей обмотки, предварительно накладывают друг на друга две пары поочередно, расположенных лент из ферромагнитного и электропроводящегоматериалов, при этрм одни концы лент из электропроводящего материала соединяют между собой, а другие концы выводят за пределы концов лент из ферромагнитного материала, после чего из двух пар лент одновременно наматывают магнитопровод и токопроводящую обмотку, для чего все ленты,начиная от соединенных концов лент из электропроводящего материала, располагают по спирали до формирования из них кольца.

Каждая пара лент из ферромагнитного и электропроводящего материалов может быть изготовлена в виде биметаллической полосы,

Кроме того биметаллическая полоса может быть выполнейа путем нанесения на ленту из ферромагнитного материала с одной из сторон изолирующей подложки и нанесения на последнюю электропроводящего материала.

Введение в известное техническое решение предварительного накладывания друг на друга двух пар поочередно расположенных лент из ферромагнитного и электропроводящего материалов так, что при этом одни концы лент из электропроводящего .материала соединяют между собой, а другие концы выводят за пределы концов лент из ферромагнитного материала после чего из двух пар лент одновременно наматывают

магнитопровод и токопроводящую обмотку

для чего все ленты, начиная от соединенных

концов лент из электропроводящего мате риала, располагают по спирали до формирования из них кольца, позволяет упростить технологию изготовления, а также поднять уровень допустимых механических напряжений в магнитопроводе и снизить как поперечные размеры, так и высоту

чувствительного элемента, При этом резко снижается расход активных материалов и одновременно повышается томность измерения в связи со снижением гистерезиса.

Один из вариантов реализации способа изготовления состоит в следующем.

На цилиндрической втулке, закрепленной на свободно проворачивающейся оси одним из известных способов, например,

точечной сваркой, закрепляют концы первой ферромагнитной ленты, предварительно изолированной с двух сторон (электроизоляционные покрытие). Поверх этого слоя укладывают с перекрытием по

длине конец первой электропроводящей ленты, которая по ширине уже ферромагнитной, и временно закрепляют, например, с помощью бандажа. Поверх первой электропроводящей ленты укладывают конец

второй ферромагнитной ленты и точечной сваркой крепят его к концу первой ферромагнитной ленты. Соединяют с помощью сварки конец первой ферромагнитной ленты с концом второй электропроводящей

ленты и укладывают его на вторую ферромагнитную ленту. Снимаютвременный бандаж и с натягом осуществляют одновременную навивку указанных чередующихся лент из ферромагнитного и электропроводящего материалов. В процессе навивки на поверхности лент может наноситься клей. Навив требуемое количество слоев, зависящее от величины номинального усилия датчика, закрепляют концы ферромагнитиых лент точечной сваркой. К наружным концам электропроводящих лент припаивают или примривают монтажные провода, чтобы затем подсоединить к клем- мной колодке. Навитый сердечник с обмоткой снимают с оси, шлифуют, устанавливают в корпус. Концы обмотки подсоединяют к клеммной колодке. Закрывают крышкой.

Электропроводящая лента может быть

заменена пгоским жгутом, составленным из тонких проводников, что позволит увеличить число витков обмотки датчика.

На фиг,1 и 2 соответственно показаны в разрезе фронтальная и горизонтальная проекции магнитоупругого датчика с изготовленным чувствительным элементом; на фиг.З и 4 - вырезы и I на фиг.2.

, Таким образом, кольцевой чувствительный элемент магнитоупругого датчика, реализующего способ, содержит цилиндри- ческую втулку 1, на наружной боковой поверхности которой навиты две ферромагнитные 2, 3 и две электропроводящие 4, 5 ленты,

Внутренние концы электропроводящих лент 4. 5 соединены перемычкой 6. Наружные концы электропроводящих лент 4,5 образуют выводы 7, 8, Чувствительный элемент, состоящий из чередующихся ферромагнитных и электропроводящих лент, помещен в корпус 9. Датчик закрыт крышкой 10.

При подключении выводных концов 7, 8 обмотки к источнику переменного тока по электропроводящей ленте, являющейся об- Моткой, потечет ток. Направление тока в срседних слоях электропроводящей ленты, разделенных ферромагнитной лентой, будет встречным, Это обусловит прохождение Магнитного потока Ф, созданного током, по ферромагнитной ленте перпендикулярно направлению тока, как показано на чертежу. Амперметр, включенный в цепь обмотки, покажет величину тока при усилии,

равном нулю. При воздействии измеряемого усилия на крышку 9 и, следовательно, на витой чувствительный элемент, изменяется магнитная проницаемость материала ферромагнитной ленты. Магнитное сопротивление пути, по которому проходит магнитный поток Ф, увеличивается, сам поток уменьшается. Индуктивность обмотки также уменьшается и ток, протекающий по спиральной обмотке, увеличивается пропорционально приложенному усилию.

Предлагаемый способ изготовления магнитоупругого датчика по сравнению с прототипом позволяет существенно снизить расход активных материалов. При этом расход электропроводящих материалов снижается за счет исключения лобовых частей обмотки и уменьшения поперечных размеров чувствительного элемента, так как отсутствие отверстий для укладки обмотки позволяет поднять уровень допустимых механических напряжений в ферромагнитной ленте и обеспечивает более равномерное их распределение по сечению ленты. По этим же причинам уменьшается и расход ферромагнитной ленты. Одновременно исключение отверстий-концентраторов обеспечивает и снижение гистерезиса выходного сигнала датчика, реализующего способ.

Использование: приборостроение, технология изготовления магнитоупругих датчиков усилия. Сущность изобретения: накладывают друг на друга две пары поочередно расположенных лент из ферромагнитного и электропроводящего материалов. Одни концы лент из электропроводящего материала соединяют между собой. Другие концы лент из электропроводящего материала выводят за пределы концов лент из ферромагнитного материала. Затем из двух пар лент одновременно наматывают магнитопровод и токопроводящую обмотку. Для этого все ленты, начиная от соединенных концов лент из электропроводящего материала, располагают по спирали до формирования из них кольца. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения 1, Способ изготовления чувствительного элемента магнитоупругого датчика усилия, заключающийся в намотке магнитопровода и токопроводящей обмотки, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и материалосбере- , предварительно накладывают друг на друга две пары поочередно расположенных лент из ферромагнитного и электропроводящего материалов, при этом одни концы лент из электропроводящего материала соединяют между собой, а другие концы выво- дят за пределы концов лент из ферромагнитного материала, после чего из двух пар лент одновременно наматывают

магнитопровод и токопроводящую обмотку, для чего все ленты, начиная от соединенных концов лент из электропроводящего материала, располагают по спирали До формирования из них кольца.

Фиг.2