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

(54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИКУСИЛИЙ

1

Изобретение относится к измерениям неэлектрических величин электри.ческими методами, точнее кмагнитоупругим датчикам с изгибаемым магнитопроводом и может быть использовано для преобразования усилий в цифровых системах, в частности, для контроля усилий на органах управления в цифровых тренажерах.

Известны магнитоупругие датчики усилий, содержащие магнитопровод, выполненный из изолированных друг от друга пластинI обмотку возбуждения и измерительную обмотку Cll «

Недостатками подобных устройств являются аналоговый выходнойсигнал и плохие метрологические характеристики..

Наиболее близким к изобретению техническим решением является магнитоупругий датчик усилий, содержаадай магнитопровод в виде консольно установленного пакета пластин измагнитострикционного материала и измерительную обмотку Г2 .

Однако указанный преобразователь имеет аналоговый выходной сигнал, что существенно усложняет его использование в дискретных системах контроля и регулирования.

Цель изобретения - обеспечение непосредственного преобразования усилия в код.

Поставленная цель достигается тем, что пластины пакета магнитопровода выполнены разной толщины из материалов с прямоугольной петлей гистерезиса и изолированы друг от друга, при этом сопротивления изгибу плас10тин равны.

На фиг.1 показан магнитопровод без обмоток, общий вид; на фиг.2 - разрез датчика; на фиг.З - эпюры, поясняющие работу датчика.

15

механических усилий содержит магнитопровод 1- в виде консольной балки, выполненный из пластин 2, равного сопротивления изгибу, переменных по толщине и изолирован20ных друг от друга немагнитным слоем 3.- Пластины выполнены из магнитострикционного материала с ППГ. На магнитопройоде выполнены обмотка 4 возбуждения и измерительная обмотка 5.

25

Датчик работает следующим образом . . .

Обмотка 4 возбуждения подключена к, источнику переменного тока, причем амплитуда переменного тока выбрана такой, чтобы в отсутствии входного сигнала перемагничивание пластин отсутствовало.

При нагружении магнитопровода усилием Р в пластинах 2 возникают напряжения, зависящие от толщины пластин. Максимальные напряжениябтовЦ в пластинах обратно пропорциональны .их толщинам. Так как пластины 2 выполнены равного сопротивления изгибу (трапецеидальной формы), напряжение по длине пластины постоянно. Под действием механических напряжений изменяется коэрцитивная сила HC материала пластин, .причем изменение } пропорционально измененигобтосх,; {i 1,2...-номер пластины).Таким образом, при определенном напряжении возможно перемагничивание пластин пр неизменной амплитуде внешнего маг.нитного поля. При положительной магнитоупругой константе в растянутых слоях коэрцитивная сила возрастает, а в сжатых - уменьшается. При напряжении в пластине дх.)) р коэрцитивная сила уменьшается настолько, что происходит перемагничивание сжатых слоев пластины. Вследствие различия напряжений, возникающих в пластинах, коэрцитивная сила HQ пластин будет различной, поэтому перемагничивание будет происходить дискретно, по мере нарастания переменного тока i в обмотке 4 возбуждекия, При перемагничивании отдельной пластины в измерительной обмот1се 5 находится импульс напряжения. При увеличении усилия Р увеличивается количество пластин, напряжения в которых больше или равны (Ьп I и следовательно, увеличивается число выходных импульсов Ugj,, (фиг. 3) , Таким образом, количество выходных импульсов пропорционально количеству перемагничённых пластии-и соответственно усилию Р. Датчик позволяет измерять усилия обоих знаков.

Толщина пластин и материал выбирается в зависимости от требуемого шага квантования измеряемого усилия Р. Требуемая толщина пластин определяется из условий: три каж.дом шаге квантования измеряемого усилия Р

должна быть i новая пластина, нормальные напряжения в которой будут при максимальной величине измеряемого усилия Р нормальные напряжения во всех пластинах должны быть

6п.6 Г63и; - допускаемое напряжение

пластин при изгибе; tfn - напряжение при котором

происходит перемагничивание пластин. I

В экспериментальных исследованиях датчика используются пермоллои различных составов. Наилучшие результаты получаются при применении сплава 65НП, который характеризуется высокой )1рямоугольностью петли, гистерезиса (Кр, О ,90 - 0,98)и достаточной чувствительностью к механическим воздействиям.

Настоящее, изобретение имеет простую конструкцию, а кодоимпульсный выходной сигнал позволяет использовать его в цифровых контролирующих системах.

Формула изобретения

Магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод, выполненный в виде консольно закрепленного пакета пластин, на котором размещены обмотки, о т л ич а ющи.й с я тем, что, с целью обеспечения непосредственного преобразования усилия в код, пластины пакета магнитопровода выполнены разной толщины из материалов с прямоугольной петлей гистерезиса и изолированы друг от друга, при этом сопротивления изгибу пластин равны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с. 8 (прототип).

5 3

2

7777уУ/Г7/ /

v

л

(puB.I

(fU,2L

(риг.