Магнитоупругий датчик усилия Советский патент 1982 года по МПК G01L1/12 

(54) МАГ1ШТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЯ

Изобретение относится к измерению неэлектрических величин электрическими методагда, точнее к магнитоупругим датчикам и может быть использовано для преобразования малых усилий в цифровых системах контроля и управления технологическими процессами.

Известны магнитоупругие датчики усилий, содержащие магнитопровод, выполненный из изолированных друг от друга пластин, обмотку возбуяздения и измерительную обмотку 1.

Недостатком известных устройств являются плохие метрологические характеристики, нелинейность характеристик вследствие аналогового выходного сигнала.

Наиболее близким к .предлагаемому является магнитоупругий датчик усилил сжатия содержащий многоэлементный магнитопровод, обмотку возбуждения и измерительную обмотку C2J.

Однако известный датчик имеет ансшоговый выходной сигнал, что существенно усложняет его использование в дискретных системах контроля и регулирования.

Цель изобретения - повышение точности .

Указанная цель достигается тем, что датчик снабжен знакопеременным генератором пилообразного тока, к которому подключена обмотка возбуждения, а один из элементов выполнен разрезным и на нём установлена обмотка возбуждения, при этом остальные элементы выполнены из материала с прямоугольной петлей гистерезиса и

10 охвачены измерительной обмоткой.

На чертеже представлена схема предлагаемого датчика.

Магнитопровод -состоит из -двух одинаковых, разделенных мальм зазо15ром ветвей 1, одна из которых закреплена, а ко второй подводится измеряемое усилие. Между ними закреплены изолированные друг от друга магнитоупругие элементы 2, выполненные

20 из материала с ППГ. В основании маг нитопровода размещена обмотка 3 возбуждения, подключенная к знакопеременному генератору 4 пилообразного тока. На магнитоупругих элементах

25 магнитопровода выполнена распределительная измерительная обмотка 5.

Датчик работает следующим образом.

При подаче в обмотку 3 возбужде30ния пилообразного тока от генератоpa 4 в магнитопроводе возникает маг нитный поток, который замыкается че рез магнитоупругие элементы 2. Напряженность магнитного поля максимальна в данный момент времени у ос нования магнитопровода и убывает к пери(ерии. При достижении магнитным полем в данномсечении величины коэ цитивной силы Ht магнитного материа ла с ППГ соответствующий элемент 2 перемагничивается (предполагается, что предварительно элемент насыщен в противоположном направлении). Так как существует градиент магнитного поля по длине магнитопровода, то пе ремагничивание магнитоупругих элементов происходит, последовательно п мере нарастания тока в обмотке возбуждения. Амплитуда пилообразного тока выбирается таким образом, чтобы в отсутствие входного сигнала перемагни чивание магнитоупругих элементов от сутствовало. Перемагничивание каждого элемента сопровождается, вследствие скачкообразного изменения магнитной индукции, появлением импульса в измерительной обмотке 5. При смене полярности пилообразного тока происходит аналогичный процесс, но в измеритель ной обмотке индуцируются импульсы противоположной полярности. При действии усилия Р в магнитоупругих элементах возникают растягивающие напряжения, за счет которых при положительной константе магнитострикции уменьшается коэрцитивная сила магнитоупругих элементов. При постоянной амплитуде внешнего магнит ного поля это приводит к появлению вы ходных импульсов, число которых равно количестку перемагниченных элементов 2. При максималыгом входном усилии перемагничищаю ся все магнитоупругие элементы. Такми образом, на выходе преобразователя в каждый такт изменения пилообразного тока появляется пачка импульсов, число импульсов в пачке однозначно определяет измеряемое усилие. Варьируя расстояние между элементами 2 осуществляют синтез требуемой характеристики преобразования. В качестве материала для магнитоупругих элементов с ППГ используется сплав 65НП, который имеет высокий коэффициент прямоугольности петли гистерезиса и хорошие магнитоупругие свойства. Толщина магнитоупругих элементов определяется диапазоном измерений. Устройство имеет простую конструкцию, а кодоимпульсный выходной сигнал позволяет использовать его в дискретных системах контроля и регулирования. Формула изобретения Магнитоупругий-датчик усилия, содержащий многоэлементный силовоспринимающий магнитопровод, размещенные на нем обмотку возбуждения и измерительную обмотку, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен знакопеременным генератором пилообразного тока, к которому подключена обмотка возбуждения, а один из элементов выполнен разрезным и на нем установлена обмот ка возбуждения, при этом остальные элементы выполнены из материала с прямоугольной петлей гистерезиса и . охвачены измерительной обмоткой. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. М., Машиностроение, 1965, с. 85-90. 2.Авторское свидетельство СССР 431408,кл. G 01 L 1/12,28.12.70.

(

X у А//Х//////ХХ