Магнитоупругий преобразователь механических напряжений Советский патент 1982 года по МПК G01B7/24 G01L1/12 

(З) МАГНИТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

1

Изобретение относится к технике измерений, а именно к измерительным устройствам механических напряжений и деформаций с использованием изменения магнитных свойств контролируемого объекта. Оно может быть использовано в транспортных, прокатных, подъемных и других машинах.

Известен магнйтоупругий преобразователь механических напряжений, содержащий магнитопровод П-образной формы с полюсными стержнями, замыкаемыми контролируемой деталью, возбуждающую и измерительную обмотки, охватывающие магнитопровод 1.

Однако электрический сигнал в известном преобразователе зависит не только от измеряемых механических напряжений, вызывающих изменение магнитного сопротивления контролируемой детали, но и от величины воздушных подполюсных зазоров между стержнями магнитопровода и контролируемой деталью. Поэтому при установке преобразователя на контролируемую деталь заранее найденная градуировбчная зависимость выходного сигнала измерительной обмотки от механических напряжений не сохраняется с желаемой точностью. Это происходит из-за изменений подполюсных воздушных зазоров, вызванных неровностями поверхности контролируемой детали.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнйтоупругий преобразователь механических напряжений содержащий магнитопровод П-образной формы с полюсными стержнями, замыкаемыми контролируемой деталью, а также возбуждающую и измерительную обмотки, охватывающие магнитопровод. Преобразователь снабжен вспомогательными измерительными обмотками, охватывающими полюсные стержни, размещенными по одной паре обмоток на каждом полюсном стержне. Обмотки в каждой паре вклю-. чены между собой последовательновстречно Каждая пэра вспомогательных обмоток размещена в одном сечени полюсного стержня и каждая обмотка из пары охватывает свою часть его сечения. Такое выполнение Преобразователя позволяет судить о величине каждого подполюсного зазора по выходному сигналу каждой пары вспомогательных обмоток при определении градуировочной зависимости. Причем возможно затем установить преобразователь на контролируемую деталь с теми же прдполюсными зазорами, руководству ясь при этом значениями этих сигналов. В результате становится Ьозможг ным учесть влияние воздушных подполюсных зазоров на результаты измерений Г2. Однако точность учета влияния подполюсных воздушных зазоров оказывается неудовлетворительной. Выходной электрический сигнал вспомогательных обмоток определяется неравномерностью распределения магнитного потока по сечению полюсного стержня, которая вызывается разностью путей, проходимых им по контролируемой детали hpи появлении воздушных подполюсных зазоров эта неравномерность быстро исчезает из-за большой величины ма(- нитного сопротивления воздушного зазора по сравнению с магнитным сопротивлением пути, проходимого потоком по детали. При обычных величинах воздушных зазоров выходной сигнал вспомогательных обмоток мало меняется от величины зазора. Кроме того, обеспечение желаемой точности учета влияния подполюсных зазоров оказывается затруднительным из-за необходимости поддержания под каждым полюсом того же воздушного зазора, который был при получении градуировочной зависимости. Зто особенно трудно для многополюсных ма1- нитоупругих преобразователей. Цель изобретения - повышение .точности учета влияния подполюсных воздушных зазоров на результаты измерений. , Указанная цель достигается тем, что в магнитоупругом преобразователе содержащем магнитопровод с полюсными стержнями, замыкаемыми контролируемой деталью, возбуждающую и измерительную обмотки, охватывающие магнитопровод, вспомогательные измери24тельные, обмотки, охватывающие полюс ные стержни, размещенные по одной паре обмоток на каждый стержень и включенные между собой в паре последовательно-встречно , вспомогательные обмотки каждой пары размещены в разных сечениях по длине полюсного стержня, а все пары вспомогательных обмоток включены между собой последовательно и согласно. Размещение пар вспомогательных обмоток в разных сечениях полюсного стержня приводит к тому, что их выходной сигнал оказывается.пропорциональным потоку рассеивания с того участка полюсного стержня, который заключен между этими сечениями. Этот магнитный поток рассеивания, как показали исследования, сильно зависит от величины подполюсного воздуш ного зазора в широких пределах. Последовательное и согласное включение всех пар вспомогательных обмоток позволяет получить от них один общий выходной сигнал, пропорциональный суммарному значению подполюсных воздушных зазоров. Поскольку влияние воздушного зазора на градуировочную характеристику преобразования пропорционально именно суммарному воздушному зазору, то для сохранения градуировочной характеристики достаточно следить лишь за значением общего выходного сигнала пар вспомогательных обмоток, а не за сигналом каждой пары. На чертеже схематично показан магнитоупругий преобразователь механических напряжений, общий вид. Преобразователь срдержит магнитбпровод 1 крестообразной формы с полюсными стержнями 2-5. Крестообразную часть магнитопровода по противолежащим углам охватывают возбуждающая и измерительная обмотки 6 и 7. На полюсных стержнях 2-5 размещены пары вспомогательных измерительных обмоток 8-11, которые включены между собой в каждой паре последовательновстречно. Обмотки 8-11 каждой пары размещены в различных сечениях полюсных стержней 2-5. Все пары вспомогательных измерительных обмоток 8-11 включены между собой последовательно и согласно (на чертеже не показано). Измерение механических напряжений с помощью описанного преобразователя существляют следующим образом. 5 Магнитоупругий преобразователь механических напряжений помещают на градуировочный образец. При этом противолежащие попюса должны лежать на предполагаемых линиях действия главных механических напряжений. При подаче питания между противолежащими полюсами стержней магнитопровода по образцу потекут магнитны потоки. Если начальные механические напряжения равны нулю или одинаковы по величине, потоки равны, а сигнал на измерительной обмотке 7 равен нулю. Задавая ряд различных нагрузок на образец при различных величинах подполюсного зазора за счет калиброванных подполюсных прокладок измеряют выходные сигналы с измерительной обмотки 7 и отдельно с соединенных последовательно-согласно пар вспомогательных обмоток 8-11, получая в итоге градуировочные хара теристики преобразователя для разны значений подполюсного зазора. Выходной сигнал с обмотки 7 преобразователя пропорционален анизотропии магнитных свойств калибровоч ного образца, вызванной нагрузкой. Сигнал с обмоток 8-11 определяется потоком рассеивания с участков магнитопроводов, заключенных между отдельными обмотками, образующими пары. Положение пар обмоток 8-11 и расстояние между отдельными обмот ками этих пар подобрано экспериментально так, чтобы обеспечивалось оптимальное для решаемой задачи соч тание чувствительности и линейности выходного сигнала по отношению к изменению воздушных подполюсных зазоров. После получения градуировочных зависимостей преобразователь перено сят на поверхность контролируемой детали, подают питание, измеряют электрические сигналы с обмотки 7 и 2 С соединенных последовательно-согласно пар обмоток 8-11. По сигналу с пар обмоток 8-11 находят эквивалентное значение подполюсного воздушного зазора, а по нему отбирают соответствующую градуировочную характеристику. По измеренному значению выходного сигнала с обмотки 7 и выбранной градуировочной характеристике нахо- : дят величину механических напряжений. Использование изобретения позволяет уменьшить разброс результатов измерений на 0-SQ% за счет более точного учета влияния подполюсных воздушных зазоров. Формула изобретения Магнитоупругий преобразователь механических напряжений, содержащий магнитопровод с полюсными стержнями, замыкаемыми контролируемой деталью, возбуждающую и измерительную обмотки, охватывающие магнитопровод, вспомогательные измерительные обмотки, охватывающие полюсные стержни, размещенные по одной паре обмоток на каждый стержень и включенные между собой в паре последовательно встречно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности учета влияния подполюсных воздушных за-, зоров на результаты измерений, вспомогательные обмотки каждой пары размещены в разных сечениях по длине полюсного стержня, а все пары вспомогательных обмоток включены между собой последовательно и согласно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 В 7/2, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 L 1/12, 19б7 (прототип).