Электромагнитный преобразователь усилий сжатия

(511 С 01 Ь 1/1 м, по е макувстви- мембраГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Осадчий Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М., "Машиностроение", 1979, с. 239.2. Авторское свидетельство СССР В 654867, кл. С 01 1. 9/10, 1977 (прототип).(54)(57) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ СЖАТИЯ, содержащий мембрану, основание с профиле добным профилю мембраны при е симальном прогибе, и измерительную обмотку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения ч тельности, он снабжен второй 801083079 ной, симметрично расположеннои относительно первой мембраны, центрыкоторых связаны штоком, и тремя измерительными обмотками, одна из которых расположена симметрично первообмотке на основании и включена сней дифференциально, а две другиерасположены на внутренних поверхностях мембран, каждая из обмоток намембранах последовательно и согласносоединена с соответствующей обмоткойна основании, причем все обмотки выполнены печатными в виде соосно расположенных идентичных эллипсов с параллелными большими осями, при этом отклонение длины большой оси каждого эллипса к малой выбрано в пределах3-5, а внутренние поверхности мембран и основания выполнены из магнитомягкого материала с положительноймагнитострикцией и толщиной не менее0,05 длины большой оси эллипса.1083079 1 О 30 1Изобретение относится к техникеэлектрических измерений механическихвеличин и может быть использованопри контроле различного рода силовыхвоздействий - давления жидкостей игазов, разности давлений, механических напряжений в сыпучих и твердыхсредах, например в бетоне, грунтахи т.п.Известны электромагнитные мембранные преобразователи усилий сжатия, содержащие корпус, мембрануи измерительные обмотки, включенные1 дифференциально или в мостовуюцепь 1.1 1 15К недостаткам преобразователейотносятся невысокая чувствительностьк перемещению мембраны, вызванному изменением контролируемой величины, ибольшие габариты,20Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является индуктивный датчик давления, содержащий основание, мембрану и измерительную обмотку 2 .25Недостатком указанного преобразователя является низкая чувствительность,Цель изобретения - повышениечувствительности преобразователя,Поставленная цель достигаетсятем, что преобразователь усилий сжатия, содержащий мембрану, основаниес профилем, подобным профилю мембраныпри ее максимальном прогибе, и изме- З 5рительную обмотку, снабжен второймембраной, симметрично расположеннойотносительно первой мембраны, центрыкоторых связаны штоком, и тремя измерительными обмотками, одна из которых расположена симметрично первойобмотке на основании и включена сней дифференциально, а две другиерасположены на внутренних поверхностям мембран, каждая из обмоток на 45мембранах последовательно и согласносоединена с соответствующей обмоткойна основании, причем все обмотки выполнены печатными в виде соосно расположенных идентичных эллипсов с параллельными большими осями, при этомотношение длины большой оси каждогоэллипса к малой выбрано в пределах3-5, а внутренние поверхности мембрани основания выполнены из магнитомягкого материала с положительной магнитострикцией и толщиной не менее 0,05длины большой оси эллипса,2На чертеже схематически изображенэлектромагнитный преобразователь усилий сжатия.. Электромагнитный преобразовательсодержит основание 1, на котором размещены дифференциально включенныеизмерительные. обмотки 2 и 3, мембраны 4 и 5 с дополнительными измерительными обмотками 6 и 7, и съемнуюкрьшку 8. Центры мембран жестко связаны между собой посредством штока9. На внутренние поверхности мембрани основание нанесено ферритовое покрытие 10.Основание 1 изготавливается изферромагнитного материала, напримермагнитной стали.Измерительные обмотки 2, 3, 6 и 7изготавливаются по печатной техноло.1гии из высокоэлектропроводной (медной, алюминиевой) фольги и герметизируются прочной диэлектрическойпленкой, например полиимидной.Мембраны 4 и 5 изготавливаютсяиз упругих материалов, например бронзы Би т.п. Толщина мембран определяется диапазоном изменения и величиной контролируемого усилия.Ферритовое покрытие 10 наноситсяметодом напыления, Низкая электропроводность покрытия обеспечивает снижение активных потерь в обмотках,уменьшающих их добротность.Преобразователь работает следующимобразом,Измерительные обмотки 2, 6 и 3, 7подключаются в схему питания и измерения, например в мостовую или дифференциальную, в качестве элементовконтуров автогенератора. Перемещениемембран 4 и 5 под воздействиемконтролируемого усилия вызывает изменение индуктивностей обмоток и, какследствие, частоты д Е биений автогенератора. Рассмотрим этот процесс более подробноИзменение индуктивностей обмоток обусловлено следующими причинами: влиянием расстояния до второго ферромагнитного покрытия, поскольку печатная обмотка, находящаяся на ферромагнитной подложке, увеличивает свою индуктивность примерно до 21; суммарная индуктивность двух последовательно соединенных соосных печатных обмоток при их сближении изменяется от 1.,1 Ь 2 до 1"1 (.2 + 21 с 41-2,Заказ 1732/37 Тираж 823 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3где (- коэффициент связи; для магнитомягких материалов характерно довольно значительное изменение магнитной проницаемости О, при деформации.Для материалов с положительной магнитострикцией растягиваюшие напряжения (прогиб мембраны) вызывают увеличение, а следовательно, и индуктивностей обмоток, а сжимающие (выгиб мембраны) - уменьшение и и 1 О соответственно индуктивностей.Наибольшее приращение индуктивности печатных обмоток в зависимости от величины механических напряжений в мембранах достигается при изготовлении обмоток овальной формы с величиной отношения большой оси к малой 3-5,Полное изменение индуктивностей каждой пары обмоток будет обусловле но совместным действием этих трех факторов.Величина начального зазора при отсутствии деформации мембраны выбирается такой, чтобы обеспечить оди наковое изменение индуктивностей обмоток при прогибе и выгибе мембраны.Преобразователь способен работать .в двух режимах: а) измерения одно 079 4стороннего усилия, например Р и при р-.бте в жидких и газообразных средах, в этом случае мембрана 5 закрывается крышкой 8; б) изменения разности усилий Р 1 - Р.В зависимости от соотношения величин усилий мембраны 4 и 5 прогибаются совместно по направлению действия большего усилия. При равенстве усилий мембраны практически не деформируются. Пусть Р 1 ) Р 2. В этом случае мембрана 4 прогибается внутрь корпуса преобразователя, а мембрана 5 соответственно выгибается наружу, Индуктивности обмоток 2 и 6 Ь и 142 увеличиваются, а обмоток 3 и 7 Ь,1, уменьшаются. При этом суммарная индуктивность пары обмоток 2 и 6 увеличивается на дЬ + Ы, , а суммарная индуктивность пары обмоток 3 и 7 уменьшается на Д . + й Ь 1 . Полное изменение индуктивйости Ь 1. щ ЬЬ+ +ьЬ - (-ь(.- дЬ ) =д 1.+л+д(.+ Щ,4 "АЛЬ.Таким образом, достигается значительная (до нескольких кГд) величинавыходного сигнала ДЬ 1 при изменении контролируемого усилия.