ВСЕСОЮЗНАЯ I11 Советский патент 1970 года по МПК F16C35/00 F16C39/06 

Известны магнитные подвесы элементов оборудования, в особенности для точных измерительных приборов, например, для изме рения сверхмалых усилии с помощью крутильного маятника. Они содер жат якорь, являющийся частью Подвешиваемого устрой,ства, электромагнит, создающий .подъемную Силу для подвешиван.ия якоря, датчик положения и систему автомат.ичеса ого )регулирО вавия тока.

ТрадициоНйым способом измерения малых усилий является пондеромоторный способ, .при котором -усилие, оказываемое на чувствительный элемент (Крутильного маятника, подвешенного на очень тоикой и длтанн.ой металлической :ИЛИ 1ква;рцевой нити, измеряется по углу смещения крутильного .маятника ив первоначального положения. Панаеромоторный способ особенно удобен лри измерении энергии и мощяОСти излучения квантовых генератор.ов по оказываемому излучением механическому уоил.ию, так как в этом случае измеряемое излучение не поглощается, а отражается. Поэтому все нежелательные эффекты, овяза«ные с тепловым действием электромагнитного излучения, наступают при ллотностях мощности -ъ

, раз больщих Чем при прочих способах.

традиционных Измерителей принципиально ог.раничена механическим;и свойствами нити .подвеса.

Чувствительность обратно пронорцио-нальна жесткости нити подвеса, которая выражается через параметры нити следующим образом:

А- jg а,

где К- жесткость нити;

G-м.одуль сдвига материала нити; I - дл.ийа нити; d - .диаметр нити.

Прн оптимальном .выборе матер|Иала две оставшиеся (Возможности уменьщения жесткости

за счет уменьщения диаметра И увеличения

длины ограничены нрочностью нити и ра.зумными габаритами .измерителя. К тому же с

уменьщением диаметра нити уманьщается надежность прибора, а с увеличением ее длины

резко .возрастает чувствительность измер.ителя

к .вибрациям помещения.

В последнее время вместо подвеса с нитью все чаще пр.именяют безопорный магнитный подвес.

В этом случае чувствительный элемент, прикрепленный 1к небольшому ферромагнитному якорю, свободно ларит .в магнитном поле электрОмагнита, ток которого упра.вляется опециальньим авто .магическим регулятором. Прн

этом крутильная жесткость маятника на 3-4 лоряд-ка меньше чем достипнутая в лучших образцах с подвесом на «ити, ;и определяется гравитационной асимметр.ией маятника относительно оси подвеса и взаимодействием я.коря с инешними магнитными нолями за счет радиальной составляющей MainHHTHoro момента якоря, обусловленной леоднородностью ферроматнита и различ.ием величин доменов по объему, своего .рода магнитным трением.

Однако для -измерения имиульсов энергии излучения квантовых генераторов, а также для проведе ния экспериментов, овязаяных с измерением грав итациояных сил, обнаружением гипотетических элементарных частиц с дробньгм зарядом (кварков) и т. -п., достигнутая чувствительность крутильного маятника, подвешенного .в магнитном лоле, оказывается все-таки недостаточной.

Целью настоящего изобретения являются уменьщение нежелательных моментов сил, препятствующих повороту подвеса, .и повышение чувствительности приборов, использующих такой нодвес.

Предлагаемый магнитный подвес содержит схему нериодичеокого размаптичивания якоря, которая состо-ит из генератора :пря:моугольных импульсов и подключенного к нему колебательного контура, образованного обмоткой электромагнита .и конденсатором.

Сущность изобретения заключается в использовании идеальной кривой намагничишания ферромагнетика, когда подавляющая часть доменов -ориентируется вдоль внешнего поля, создаваемого поддерживающим электромагнитом. Поскольку при этом число доменов с радиальной ориентацией резко уменьшается, радиальная составляющая магнитного момента якоря стремится .к 1нулю.

Для перехода на идеальную {безгистерезисную) кривую намагничивания одновременно с полем электромагнита, обеспечИвающим подвес якоря, на последний воздействует периодическое, затухающее по амплитуде, переменное магнитное поле. Если начальная амплитуда в 5-10 раз превосходит коэрцитивную силу ферромагнетика, последний переходит па идеальную безгистерезисную кривую намагнич-ивания. При достаточно высокой 1 астоте переменного ноля влияние его на стабильность нодвеса не сказывается вследствие инерционности .

Па чертеже изображена структурная схема магнитного подвеса крутильного маятника, снабженного схемой для перевода якоря на идеальн|ую кривую намагничввания.

Крутильный маятник образован ферромагнитным якорем 1, к которо.му нр1икреп-ле)ны приемные пластины 2. Пад маятником расположен электромагнит 3, создающий подъемную силу для подвешивания маятника. Пепосредственно под якорем расположен датчик 4 положения якоря, который подключен ко входу системы автоматического регулирования 5, управляющей током через электромагнит.

Устройство содержит также-генератор бпрямоугольных импульсов и конденсатор 7. Здесь и далее понятие «прямоугольный импульс употребляется исключительно с целью удобства и в качестве указания на оптимальную реализацию изобретения. Естественно, что импульсы, необходимые для работы схемы, могут быть иной формы, обеспечивающей, однако, описанное ниже ударное возбуждение контура. В рабоче.м положении якорь / и, следовательио, крутильный маятник парит в поле электромагнита 3. Всякое изменение вертикального положения якоря регистрируется датчиков 4, который вырабатывает сигнал, пропорциональный этому изменению. Сигнал поступает на вход системы автоматического регулирования, обеспечивающей такое изменение тока через электромагнит и, следовательно, подъемной силы, что якорь возвращается в исходное положение. Об.мотка электромагнита 3 и К онденсатор 7 образуют колебательный контур, ударно возбуждаемый генератором 6 прямоугольных импульсов. При возбуждении этого контура одиночным нрямоугольным импульсо.м появляется переменное затухающее магиитное поле, необходимое для перевода якоря на идеальную кривую намагничивания. Добротность контура должна быть такой, чтобы переменное поле совершало до полного затухания не менее 15-20 колебаний. Частота следования прямоугольных импульсов должна быть соответственно в 15-20 раз ниже резонансной частоты контура, а длительность импульсов должна равняться нолювине периода колебаний контура. Амплитуда прямоугольных

импульсов должна быть такой, чтобы начальная напряженность переменного затухающего поля электромагнита в точке расположения якоря, превышала коэрцитивную силу якоря в 5-10 рае.

Предмет изобретения

Магнитный подвес, например, для измерительных приборов, содержащий якорь, скрепленный с подвешиваемым устройством, электромагнит, создающий подъемную силу для подвешивания якоря, датчик положения якоря и систему автоматического регулирования тока через электромагнит в соответствии с сигналом

датчика, отличающийся тем, что, с целью уменьшения момента трения в подвесе, ои содержит схему периодического размагничивания якоря, состоящую из генератора прямоугольных Импульсов и подключенного к нему

колебательного контура, образованного обмоткой электромагнита и конденсатором.