Магнитоанизотропный датчик усилий Советский патент 1981 года по МПК G01L1/12 

1

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может найти применение в точных весоизмерительных и силоизмерительных электромеханических устройствах.

Известен магнитоупругий трансформаторный датчик усилий сжатия, представляющий собой пакет пластин электротехнической стали, на диагоналях которых симметрично расположены четыре отверстия. Через отверстия намотаны две независимые обмотки : первичная - по одной диагонали пакете, вторичная - по другой. Плоскости обмоток расположены под углом 45 к направлению усилия сжатия. Пластины собирают таким образом, чтобы пакет в магнитном отношении был.как можно более изотропным, т.е. чтобы магнитная проницаемость пакета в направлениях, параллельном и перпендикулярном сжатию была по возможности, одинакова. Для этого при сборке пакета пластины собираются так, что напра1зление-прокатки их по отношению и направлению действия измеряемого усилия чередуется 1

Такие магнитоупругие датчики имеют значите;1ьный гистерезис - порядка 1,5-4% и существенно нелинейную

.характеристику преобразования - порядка 1,5-2%.

Наиболее близким по технической сущности является магритоанизотропный датчик, в котором со стороны торцовых плоскостей, к которьом прилагается усилие, делаются пропилы, достигающие отверстий, в которые укладываются обмотки. После укладки

10 витков проволоки (путем свободной намотки, без использования челнока) пропи.лы заполняют порошком карбонильного железа, замешанного на клее 12.

Однако известное расположение

15 пропилов, пересеканвдих пути следования магнитных потоков в силовоспринимающих пластинах сердечника, со стороны торцовых повер: ностей, к которым прилагается измеряемое усилие

20 уменьшает напряженную зону поперечного сечения сердечника, что приводит к снижению его жесткости в направлении деформации сжатия. Это ухудшает точность измерения сия из-за

25 влияния концентрации механических напряжений в наиболее.нагруженной зоне сердечника, на линейность и РИСтерезис характеристики преобразова -. ния. Кроме того, концентрация напря

30 жения вызывает пластические деформации материала сердечника при перег рузках, что ухудшает стабильность коэффициента преобразования. Цель изобретения - повышение точности измерения. Эта цель достигается тем, что отверстия выполнены в виде эллипса, большая ось которого перпендикулярна диагоналям пластин, а прорези выполнены в добавочных стальных пластинах в углах сердечника и направлены по ,диагоналям пластины, при этом максимальная ширина прорези выбрана равной длине большой оси эллипса. На фиг.1 изображен датчик, общий ВИД} на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1. Датчик содержит сердечник из анизотропных пакетов 1 пластин электротехнической стали и стальных добавоч ных пластин 2, изготовленных из материала с малым упругим гистерезисом и установленных между пакетами, и расположенные взаимно перпендикуляр первичную и вторичную обмотки. Направленные прокатки в пластинах из электротехнической стали одинаковое и перпендикулярное линии действия измеряемого усилия Р. Сердечник датчика снабжен двумя парами гребней 3 и 4 расположенными попарно- в двух взаимно перпендикуляр ных направлениях. Два гребня 3 выполнены с опорными поверхностями для восприятия сжимающих сил Р, подлежащих измерению. Другие два гребня 4 расположены вдоль оси, параллельной направлению прокатки в пластинах электротехнической стали и проходящей через центр сердечника, и выпол нены со сквозными отверстиями 5, необходимыми для размещения в них болтов б, стягивающих силовоспринимающие пластины. С целью повыигения точности за счёт уменьшения гистерезиса, в данном датчике отношение длины к толщи не стальной добавочной пластины рав но не более 16 и не менее 5, а суммарная толщина добавочных пластин составляет не менее половины толщины всех пакетов пластин из электротехнической стали. Ценгры четырех эллиптических отверстий 7 для первичной и вторичной обмоток находятся в угла5с квадрата со стороной t. Каждое отверстие вы несено в наименее напряженную зону сердфчника, где.действительные нормальные напряжения меньше средних напряжений бср в данном поперечном сечении. Для этого расстояние между отверстиями выбрано больше величины а. . 2,4 где а - сторона квадрата сило вбсприиимающей пластины, с таким расчетом, чтобы центр и края каждого отверстия находились за пределам угла равномерного распределения силы 9 38 .30 . . Первичная обмотка расположена в одной диагональной плоскости сердечника и уложена в двух эллиптических отверстиях, малые оси которых лежат в плоскости обмотки, а больши-е оси перпендикулярны этой плоскости. Вторичная обмотка расположена в другой диагональ ной плоскости сердечника и уложена в другой паре эллиптических отверстий, аналогично ориентированных относительно этой обмотки. Все стальные пластины 2 сердечника выполнены с четырьмя пустотелыми прорезями 8, расположенными в зонах наименьших механических напряжений, находящихся в углах сердечника. Каждая прорезь пересекает возможные пути следования соответствующих магнитных потоков, замыкающихся в добавочной пластине, и пропилена от угла этой, пластины до края ближайшего эллиптического отверстия и расположена на продолжении диагонали квадрата, по углам которого находятся отверстия для обмоток,. Расположение прорези в углах добавочной пластины, сжимаемой вдоль ее главной центральной оси инерции (нагрузочной оси), т.е. в наименее напряженных зонах, практически не отражается на величине и характере распределения механических напряжений в наиболее нагруженной области пластины, определяемой углом 2 в 77 с вершиной в окрестности точки приложения силы Р. Первичная обмотка питается переменным током постоянного напряж.ения: и создает рабочий магнитный поток в сердечнике датчика. Благодаря наличию достаточно широких пустотелых .прорезей, увеличивающих сопротивление для прохождения магнитного потока в добавочных пластинах, магнитный поток практически весь вытесняется в активную часть сердечника, образованную пластинами из электротехнической стали, содержащими до 4%-ов кремния для повышения удельного сопротивления. С ростом измеряемого усилия Р увеличиваются механические напряжения в силовоспринимающих пластинах сердечника, что изменяет величину магнитной проницаемости и вызывает увеличение тока в первичной обмотке. Однако благодаря наличию прорезей увеличению намагничивающей силы не приводит к существенному возрастанию индукции в добавочных пластинах и дополнительному прогреву датчика вихревыми токами в процессе измерения, что повышает точность измерения за счет снижения температурной погрешности.

Формула изобретения

.Магнитоанизотропный датчик усилий, содержащий сердечник из анизотропных пакетов пластин электротехнической стали и добавочных стальных пластин, взаимно перпендикулярные первичную и вторичную обмотки, уложенные в отверстия сердечника, и прорези, выполненные от края сер 1ечника до отверстия, отлич ающийс я . тем, что,с целью повышения точности измерения, отверстия выполнены в виде эллипса, большая ось которого перпендикулярна диагоналям пластин.

а прорези выполнены в добавочных стальных пластинах в углах сердечника и направлены по диагоналям пластины, при этом максимальная ширина прорези выбрана равной длине большой оси эллипса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Гуманюк М.Н. Магнитные датчики в автоматике. Киев, Техника, 1972,

0 с. 123. ..

2. Авторское свидетельство СССР № 246128, кл. G 01 L1/12, 29.02.158 (прототип).