Магнитоупругий преобразователь усилий Советский патент 1980 года по МПК G01L1/12 

Изобрегение относится к измерительной технике, в частности, к области контроля механических усилий и может быть использовано для непрерывнотхэ измерения осевой нагрузки на забое и усилия, дейст вуюшего на отклонитель при наклонном бу рении скважин. Известны магнитоупругие динамометры предназначенные для непрерывного измерения осевой нагрузки на забое при бурении скважин , которые просты в изготовлении, но не обладают высокой чувствительностью, так как в силу разборносги конструкции магнитная система имеет воздушные зазоры. Кроме того, эти динамометры могут быть использованы только для измерения осевой нагрузки. Известен также магннтоаниаотропный датчик усилий з , содержащий кольцевой магнитопровод с торцовыми выступами для приложения силы и с радиальными отверстиями, в уложены обмотки. Выступы магнитопровода, расположенные на одной торцовой поверхности магнитопровода, сдвинуты по окружности относttтельно выступов на противоположной торцовой поверхносги, а радиальш ге отверстия для обмоток расположены между ними минимум в две пары рядов по высоте магнитопровода. Этот датчик отличается высокой чувствительностью, однако непосредственное его использование для определения бокового отклоняющего усилия, действующего на отклонитель при бурении наклонных скважин, невозможно. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является магннтоупругий преобразователь усилий, содержащий кольцевой чувствительный элемент с торцовыми выступами для приложения усилия, наружными ребрами, между которыми уложены обмотки, и магнитопровод, замыкающий наружные ребра j/lj . Указатгаый преобразователь не позволяет производить одновременное измпр ние осевой и боковой сищ.|. Пелью изобретения является обеспечение возможное ги одновременного измерения осевых и боковых сил, например, при наклонном бурении. Эта цель достигается тем, что в преобразователе наружные ребра вынопненьт в виде, выступов расположенных вдоль обр йзующей чувствительного элемента, И имеют отверстия, оси которых лежат в гшоскосгях, проходящих через середины выступов параллельно обрвчзующей чувстйитольного элемента и перпендикулярно его радиусам, проведенным в середины выступов. Наличие кольцевых торцовых выступов и радиальных выступов, размещенных на наружной цилиндрической поверхности мгаг ни то провод а, обеспечивает возможность приложения как осевых, так и горизонтал ных боковых усилий. Благодаря выполнению отверстий для обмоток не только в магни то проводе, но и в радиальных выступах, преоб разователя оказываются размещенными в зонах различного нагружения. При из мерении осевых нагрузок роль компенсационных обмоток выполняют обмотки, уло женные в отверстия радиальнь1х выступов а при измерении боковых нагрузок - обмотки, уложеннъте в радиальные отверстия магнитопровода. Следовательно, преобразователь может быть также ирпользован для измерения суммы осевого и бокового усилий. Введение цилиндрического стакана, плотно охватывающего радиальные выступы, и выполнение отверстий в выступах нсрадиалъными создает возможность измере1шя боковых усилий, приложе{шых к любой точке боковой поверхности преобразователя, На фиг. 1 и 2 показаны варианты выполнения преобразователя. Преобразователь содержит кольцевой магнитопровод 1 с радиальными выступами 2 и торцовыми кольцевыми выступами 3. Радиальш:,1е выступы размещены на на ружной цилиндрической поверхности мвгни топровода. Торцовые выступы расположен в нентряльной части магкитопровода. Faдиапьные выступы плотно схвачеш-. цилин дрическим стаканом I. В магнитогфоводе и в выступах выполнены отпорстия для обмоток 5. При этом отверстия 6 в выступах выполнены иорадиальными, в OTneji стия 7 в MariraTotrpoRonP .гми. Кртме того, в магни то проводе выполнены радиальные прорези 8, расположенные между радиальными выступами и радиальными отверстиями. Прорези исключают магнитное и механическое взаимодействие между областями различного нагружения. В преобразователе, показанном на фит 1, отверстия 6 в радиальных выступах 2 имеют оси, параллельшз1е продольной оси магнитопровода 1. Пунктирными линиями на чертеже показаны магнитные силовые линии поля обмоток, размещенных в выступах, и попя обмоток, размещеиньгх в радиальн1,1х отверстиях магнитопровопа. Во втором варианте преобразователя (фиг. 2) оси отверстия 6, выполне{гаьгх в радиальных .выступах 2, расположены по касатольт гм к цилиндрической поверх.ностг, проведгшной через центры этих выступов. Магнитные силовые пинии поля обмоток, расположенных в отверстиях 6, и силовые лИ1ши обмогок в радиальных отверстиях магнитопровода 7 имеют в данном случае одинаковую форму. Во втором варианте исполнения степень компенсации нулевого сигнала И его стабильность выше. Устройство работает следующим образом. При приложении осевой нагрузкк Р к торцовым кольцевым выступам 3 происходит изменение магнитной проницаемости магнитопровода 1, что приводит к изме- нению индуктивное те и обмоток 5, уложен- .в радиальные отверстия 7. При этом радиальные выступы 2 не испытывают механической нагрузки, и индуктивности обмогок, уложен№ х в отверстия б вые- тупое 2, остаются неизменными. Разность сигналов рассмотренных двух групп обмоток будет пропорциональна величине пзмвряемой осевой нагрузки. При приложении боковой нагрузки F к цилиндрическому стакану 4 в радиальных выступах 2 возникают механические напряжения, вызь ваюшие изменение магнитной проницаемости выступов. Последнее приводит к изменению индуктивности обмоток, уложенных в нерадиальных отверстиях. При дифференциальном включении обмоток в отверстиях 6 и обмогок в отверстиях 7 выходной сигнал оказывается пропорциональным величине измеряемого бокового усилия F . При одновременном приложении нагрузки к выступам 2 и 3 выходной сигнгзп 57 преобразователя будет пропорциональным сумме осевого и бокового усилий. Предложенный маг.нигоупругий преобразователь обладав г расширенными функциональными возможностями и мохсет бы использован для измерения как осевьгх, так и боковых усияий и их суммы, Применение данного технического решения сокращает число типов прообразовагелей и их вторичных цепей, в частное ти, при наклонном бурении скважин. Формула изоб ре тения М агни тоупругий преобразователь усилий, (ущесгвенно при наклонном бур нии скважин, содержащий кольцевой чувствительный элемент с .торцовыми высту пами, радиальными отверстиями, в которые уложены обмотки, и наружными ребрами, замкнутыми магкитопроводом, о т I-Л-Л

.1

. 6 личающийся тем, что, с цолью обеспечй1О}я одповременного изморпния осевых и боковых сил, наружные ребра выполнены в виде выступов, расположриных вдоль образующей чувствительного элемента и имеют отверстия, оси которых лежат в плоскостях, проходящих через середины выступов параллельно образую.. щей чувствителыгого элемента в перпендикулярно его радиусам, проведенным в середины выступов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 348894, кл. в 01 Ь 1/12, 197О. 2.Авторское свидетольство СССР 486228, кл. в О1 U 1/12, 1974. 3.Авторское свидетельство СССР 239617, кл. G О1 L 1/12, 1967. 4.Производство металлоизделий промышленного назначения. Труды НИИМЕТИЗа.Сб. № 4, с, 81-82 (прототип).

f

/

fl

/(-A

.1

/

J|°

i

Bud В

J..

w

8- 7I

V