Способ измерения усилий Советский патент 1982 года по МПК G01L1/12 

(54) СПОСОБ ИЗШРЕНИЯ УСИЛИЙ

I

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано При измерении силы и упругих напряжений в ферромагнитных материалах и других механических величин, которые могут быть в них преобразованы (давление, вес, момент, деформация и т.п.).

По основному авт. св. № 504944 известен crtoco6 измерения усилия, заключающийся в изменении микроструктуры чувствительного элемента, имеющего доменную структуру, и преобразовании изменений микроструктуры в электрический сигнал, при этом регистрируют число скачкообразных изменений микроструктуры элемента, по которому и определяют измеряемое усилие ij.

Однако имеются два вида скачков, соответствунщие двум видам смещения границ 180-градусные, когда направления намагниченности соседний.доменов антипараллельны, т.е. составляют угол 180, и 90-градусные, когда они взаимно перпендикулярны, причем влияние упругих напряжений на них различны. Так магнитное поле вызьшает смещение обоих видов границ, причем для слабых полей происходят преимущественно ШОтградУсные смещения, как энергетически более выгодные, в то время как упругие напряжения могут вызвать только

to 90-градус№,1е смещения.

Таким образом, при регистрации всех скачкообр азных изменений магнитной структуры измерение усилия связано с погрешностью от нестабипь- ности напряженности поля, которую трудно стабилизировать, и с нелинейностью характеристики преобразования, что исключает, прямое преоб20разование измеряемой величины в дискретный вид. Существенно различны числа скачков при сжимающих и растягивающих усилиях. Цель изобретения - обеспечение воз южности измерения одним элементом сжимающих и растягивающих усили Эта цель достигается тем, что в нем из числа всех зафиксированных скачков изменения микроструктуры чувствительного элемента, выделяют скачки, соответствующие 90-градусным смещениям грайиц межДу доменами, и по разности чисел скачков нагруженного и ненагруженного чувствительного элемента определяют величину усилия и его знак. При заданном переменном напряжении ни входе, т.е. при заданном зна чении намагниченности и при одинаковом направлении поля и сжимаюи его усилия, последнее смещает 90-гра дусные границы, снимая число доменов с направлением намагниченности параллельно полю, а за счет поля происходит обратное смещение этих границ. Поэтому число дополнительны 90-градусных смещений в течение каж дого цикла будет равно числу таких смещений, однократно произведенных измepяe ым усилием, если последнее остается постоянным в течёние приня того числа циклов. Это в свою очередь означает, что число дополнител ных 90-градусных смещений за цикл пропорционально измеряемому усилию. Для преобразования последнего в чис ло импульсов необходимо из общего числа 90-градусных смещений за цикл вычесть те, которые вызваны магнитным полем, при отсутствии -усилия, ч не представляет трудностей, поскольку это число для данного магнитопровода и режима намагничивания должно быть посточннбгм. Для растягиваняцего усилия число 90-градусных смещений снижается, поскольку они ориентируют домены в направлении поля. В этом случае значение усилия можно определить, если вычесть из первоначального числа 90градусных смещений то число, которое зарегистрировано при измеряемом усилии. Таким образом, возможно измерение не только величины, но и направл ния измеряемого усилия. В предлагаемом способе начальное число 90-градусных смещений может регулироваться в достаточно широких пределах за счет выбора соответствующей текстуры материала в направлени измеряемого усилия и в более узких пределах - величиной намагниченности возбуждения, т.е. питающего напряжения . Общее число счетных импульсов может быть увеличено до сколь угодно большой величины простым увеличением числа циклов перемагничивания на одно измерение. Это особенно важно при измерении малых усилий, когда чувствительный элемент имеет малые размеры и, следовательно, малое число доменов . На чертеже приведена функциональная схема устройства для реализации способа. Схема включает в себя магнитоупругий чувствительный элемент 1, магнитное поле в котором образуется обмоткой 2 возбуждения, питаемой переменным напряжением U-n . Снаружи чувствительный элемент охвачен измерительной обмоткой 3, в которой в момент скачков микроструктуры возбуждаются импульсы ЭДС. Ось обмотки-3 перпендикулярна направлению усилия и магнитного поля. Выход обмотки 3 включен на вход усилителя 4, на выходе которого подключен активный фильтр 5, пропускающий только импульсы, соответствуюише ®0-градусным смещениям границ. Выход 5 подютючен к I, входу реверсивного счетчика 6, к другим входам которого подключены схема 7 управления реверсом и отвод обмотки 2. На выходе последнего каскада счетчика 6 включен вход триггера 8, другой вход которого подключен к отводу обмотки 2. На выходы триггеров счетчика 6 включен деитфратор 9, один-из входов которого подключен к выходу О триггера 8 и обеспечивает индикацию знака усилия. Выход 1 триггера 8 присоединен к входу схемы 7 управления реверсом. Схема работает следующим образом.Благодаря поперечному расположению обмотки 3j 90-градусные смещения границ вызывают в ней импульс ЭДС о-1носительно большой амплитуды и длительности, и одной полярности, тогда как импульсы от 180-градусных смещений должны быть значительно меньшей амплитуды и длительности, и разной полярности - по два разнополярных импульса на одно смещение. После усиления в усилителе 4 такие разные импульсы могут быть относительно легко селектированы фильтром 5, на выходе которого формируются только импульсы 59 от 90-градусных смещений, которые и подаются на счетный вход счетчика 6. В начале каждого цикла перемагничивания сигналом с обмотки 2 счетчик 6 устанавливается в положение, соответствугацее числу 90-градусных смещений при отсутствии измеряемого усилия. Тем же сигналом триггер 8 устанавливается в положение 1 и своим выходным сигналом устанавливает счетчик 6 через схему 7 в положение ре версивного счета. Знаковый сигнал на дешифраторе отсутствует, что соответствует знаку +. или растягивающему усилию. По мере увеличения чис-5

ла счетных импульсов отсчет снижается, что находится в полном соответствии с физическйм принципом перемагничивания: с увеличением растягивающего усилия число 90-градусных смещений границ уменьшается.

При отсчете О с последнего каскада счетчика подается сигнал переброса нА вход триггера 8 и он устанавливается в положение 0. На дешифраторе появляется знаковый сигнал 1, что соответствует знаку - или сжимающему усилию. Одновременно сигнал I на входе схемы 7 отключается, и счетчик 6 переключается на прямой

счет. В этом случае увеличение числа импульсов, как и отсчета, соответ- ствует увеличению сжимагадего усилия. После окончания счета на дешифраторе образуется код, соответствующий измеряемому усилию. С началом следующего 1щкла перемагничивания счетчик 6 и триггер 8 переводятся в исходное состояние- и отсчет начинается вновь.

.Р

других источников погрешности.

Формула изобретения

Способ измерения усилий по авт. св. №504944, о; т лич.ающийс я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения одним элементом сжимающих и растягиваюцих усилий в нем из числа всех зафиксированных скачков изменения микроструктуры чувствительного элемента выделяют скачки, соответствующие 90-градусным смещениям границ между доменами, и по разности чисел скачков нагруженного и ненагруженного чувствительного элемента определяют величину усилия и его знак.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 504944, кл. G 01 L 1/12, 04.04.73 44 При необходимости расширения диапазона отсчета вместо триггера 8 в схему вводится счетчик числа циклов, который переключает счегчик 6 на реверс по достижении заданного числа циклов перемагничивания. Предлагаемый способ обеспечивает линейное преобразование как сжиманядих, так и растягивающих усилий в число импульсов с минимальной погрешностыо от нестабильности напряженности поля, а в слабых полях для сжимающих усилий - и от напряжения питания, полную независимость от ..ча,- стоты перемагничивания, отсутствие