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

Изобретение относится к технике для измерения сил, а точнее к датчикам, основанным на изменении магнитных свойств, материала в зависимо ти от нагрузки. Известны магнитоупругие датчики усилия, работающие на сжатие и пред ставляющие собой нагружаемый магнитопровод с четырьмя симметрично рас положенными отверстиями 1. В отве стиях диагонально расположены обмотка возбуждения и измерительная обмотка. Так как обмотки взаимно смещены на 90°, при подаче напряжен в обмотку питания и отсутствии нагрузки на магийтопровод, ЭДС в измерительной обмотке равна нулю 1. При наличии упругой деформации магнитопровода, величина магнитной проницаемости тела датчика в направ лении деформации изменяется, что вызывает нарушение симметрии магнитного потока и появление в измери тельной обмотке ЭДС пропорционально нагрузке. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнитоупругий датчик усилий, в котором питающая и измерительная обмо .ка размещена на дополнительных П-образных магнитопроводах, вставленных диагонально в отверстия нагружаемого магнитопровода. Применение дополнительных магнитопроводов позволяет получить существенно большую чувствительность в результате более полного использования для измерения нагружаемого объема датчика, а также легко реализируемой возможности размещения на дополнительных магнитопроводах большого, по сравнению с известным, числа витков 2 . Недостатком этого датчика являегся неНолное использование в измерительных целях нагружаемого объема магнитопровода, тпк как практически используется лишь частьмагнитопровода, заключенная между отверстиями. Цель изобретения - повышение точности измерений. Эта цель достигается тем, что нагружаемый магнитопровод размещен между стержнями дополнительных магнитопроводов, а поверхности соприкосновения магнитопроводов выполнены с конусностью относительно оси симметрии датчика. А. так же тем, что дополнительные магнитопроводы имеют и-образную форму, а нагружаемый магнитопровод выполнен из набора квадратных пластин со срезанными углами, причем линии среза попарно параллельны диагоналям квадратов.

На фиг. 1 дана фронтальная проекция предлагаемого датчика;на фиг.2 вид предлагаемого датчика по стрелке А; на фиг. 3 - основной и й-образный магнитопровод перед сборкой; на фиг. 4 - то же магнитопроводы после сборки.

Предлагаемый магнитоупругий датчик усилий (фиг.1 и фиг.2) набирается из пластин трансформаторной стали квадратного сечения со срезанными углами, причем линии среза попарно параллельны диа оналям квадрата. В наборе упомянутые линии образуют плоскости, по которым нагружаемым магнитопроводом 1 при сборке, расклинивают стёржни дополнительных магнитопроводов 2. В целях лучшей деформируемости дополнительным магнит6пр8водам придана и-образная форма. .

На дополнительных и-образных магнитопроводах (фиг.2), сооснр охватывающих нагруженный магнитопровод под углом направлению действующего убилия, надето по две катущки с обмотками: на одном, например обмотка возбуждения 3, на другом - .измерительная обмотка 4. В целях упрощения изготовления и-образные магнитопроводы имеют одинаковые размеры и креплятся с противоположных сторон нагружаемого магнитопровода.

Практически,, , контактирующие поаерхности основного и дополнительных магнитопроводов не параллельны, а имеют некоторую конусность, обеспечивающую при сборке плотную посадку основного магнитопровода, расклинивающего дЬполнительные и-образнце магнитопроводы. Для обеспечения такой посадки конусность контактирующих поверхностей основного магнитопровода делается (например, в процессе шлифовки) больше конусности внутренних поверхностей и-образную магнитопроводов (см. фиг.З, где представлены основной магнитопровод 1 и дополнительный.2 перед сборкой). На фиг.4 даны те же магнитопроноды после сборки. (Второй магнитопровод и катушки на фиг.З и фиг.4 условно не показаны) . Соотнсхаение конусностей нагружаемого и дополнительных магнитопроводов должно быть выбрано таким образом, чтобы абсолютная величина деформации основного магнитопровода под действием максиальной величины измеряемого усиия была гораздо меньше величийы взаимного упругого смещения стерней дополнительного и-образнбго агнитопровода в результате расклиууг.ГУг..--- нивания, т.е. должно выполняться Условие /

дЕ«(о(-6)

.гделС - максимальная деформация ссжатия нагружаемого магнитопровода ПОД11 действием измеряемого усилия; и - лобовой размер (см.фиг.З) нагружаемого магнитопрово0 л

о - исходное (до сборки) расстояние между стержнями и-образного магнитопровода в Месте фиксирования лобового размера основного маг5 нитопровода (см. фиг.З и

фи г. 4) .

В исходном состоянии, т.е. при отсутствии нагружаемого усилия и при данном напряжении на обмотку воз0 буждения, ЭДС в измерительной обмотке равна нулю, ввиду того,что указанные обмотки взаимно смещены на 90. При нагружении датчика меняется величина магнитной проницаемости в 5 направлении действующей силы и в результате наведенной таким образом магнитной анизотропии появляется ЭДС в измерительной обмотке.

0Положительный зффект предлагаемого датчика заключается в увеличении выходного сигнала датчика, а также в улучшении линейности выходной характеристики за счет замены контакг тной поверхности с цилиндрической на плоскую.

Формула изобретения

1. Магнитоупругий датчик усилий,

содержащий расположение по оси его симметрии, ортогональной направлению приложения усилия, нагружаемый магнитопровод и дополнительные магнитопровода с размещенными на них обмотками возбуждения и измерительными, установленными под углом 45 к направлению усилия, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности измерений, нагружаемый магнитопровод размещен между стержнями дополнительных магнитопроводов/ а поверхности соприкосновения магнитопроводов выполнены с конусностью относительно оси симметрии датчика.

2.Датчик по п.1, отличающий с я тем, что дополнительные магнитопроводы имеют и-образную форму.

3.Датчик по пп, 1и2, отлича, ющийся тем, что нагружаемый магнитопровод выполнен из набора квадратных пластин со срезанными углами, причем линии среза попарно параллельны диагона/1ям квадрата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1. Твердин Л.М. и др. Автоматические устройства с машиноупругими преобразователями, М., Энергия, 1974, вып.517, с.96.

2. Авторское свидетельство cccf 240303, кл.С 01 L 1/12, 1968 (прототип) .