Магнитоанизотропный датчик для измерения силы или деформации

О П И С А Н И Е (и) 687 ФИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскнх Сацналнстнческнк РеспублнкГасударственный комнте Совета Министров СССР Опубликовано 15.06,77. Бюллетень 3) УДК 621,317.39:531,.781,2 (088.8) зобретенн о дел ткрытн а опубликования описания 18.07.77 72) Авторы изобретен Твердин, В, Б. Закорюкин, В. М. Панченко Московский институт радиотехники, электроники и автоматики(54) МАГНИТОАНИЗОТРОПНЫЙ ДАТЧИКЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ИЛИ ДЕФОРМАЦ овышение чувстви меньшения началь Изобретение относится к технике измерения сил и деформаций, а именно к устройствам, основанным на мапнитных принципах с использованием магнитоупругого эффекта, и предназначено для работы в контрольно-измерительных установках.Известно устройство для измерения силы или деформации, содержащее консольно закрепленный плоский упругий элемент, выполненный из двух слоев материала с коэффи циентами магнитострикции разных знаков, который имеет две одинаковые части - рабочую, изгибаемую,и компенсационную, неизгибаемую. В упругом элементе выполнены отверстия с осями, параллельными плоскости 15 изгиба. На упругом элементе размещены две измерительные обмотки - первичяая и вторичная, охватывающие сечения упругого элемента между отверстиями. Вторичная обмотка выполнена из двух секций - рабочей, раз О мещенной на изгибаемой части, и компенсационной, размещенной на свободной части упругого элемента, включенных встречно 1,При изменении температуры окружающего воздуха в упругом элементе возникает напряженное состояние за счет разницы температурных коэффициентов линейного расширения двух его слоев, что приводит к зависимости выходного сигнала известного устройства от температуры из-за неполной идентичности рабочей и компенсационных частей.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является магнитоанизотропный датчик для измерения силы или деформации, содержащий консольно закрепленный изгибаемый плоской магнитоупругий элемент с четырьмя отверстиями в нем, оси которых параллельны плоскости его изгиба. Отверстия размещены на поверхности упругого элемента в вершинах прямоугольника со сторонами, параллельными и перпендикулярными плоскостями изгиба магнитоупругого элемента. На упругом элементе размещены две измерптельные обмотки, каждая из которых охватывает сечение упругого элемента между двумя несмежными отверстиями по диагонали прямоугольника. Одна из обмоток является первичной, другая - вторичной 21.Однако известный магнитоанизотропный датчик не обеспечивает высокой чувствительности к малым изменениям измеряемой величины, так как при отсутствии нагрузки его выходной сигнал не равен нулю, а имеет начальное значение из-за имеющееся обычно магнитной анизотропии материала упругого элемента.Цель изобретения - ительности датчика путем у10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ного выходного сигнала, вызванного магнитной анизотропией магнитоупругого элемента.Указанная цель достигается тем, что измерительные обмотки уложены между смежнымн отверстиями каждая на параллельных сторонах прямоугольника, число витков измерительной обмотки, охватывающей сечение магнитоупругого элемента с большей магнитнойпроницаемостью выбрано меньшим числа витков другой обмотки и обе обмотки выполнены из двух равных частей, соединенных вмост, так что противолежащие плечи принадлежат одной из обмоток и включены согласно.Такое размещение и соединение частей измерительных обмоток позволяет получить магнитоанизотропный датчик с мостовой измерительной схемой, а выбор неравного числа витков обеспечивает возможность уравновешивания моста при отсутствии измеряемой нагрузки, уменьшение начального выхода сигнала,то есть повышение чувствительности,На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик,общий вид; на фиг. 2 - схема включения егообмоток.Изгибаемый плоский магнитоупругий элемент 1 из магнитоанизотропного материалазакреплен консольно. В магнитоупругом элементе 1 имеются четыре отверстия 2, 3, 4 и 5с осями, параллельными плоскости изгиба.Они образуют на поверхности элемента прямоугольник с вершинами, совпадающими сцентрами отверстий, и сторонами, параллельными и перпендикулярными плоскости изгиба магнитоупругого элемента.Между смежными отверстиями по сторонампрямоугольника уложены измерительные обмотки: одна, состоящая из двух равных частей 6 и 7, - на параллельных, а другая, состоящая из двух равных частей 8 и 9, - наперпендикулярных к плоскости изгиба сторонах. Обмотки имеют неравное число витков,которое меньше у той обмотки, которая охватывает сечения магнитоупругого элемента сбольшим значением магнитной проницаемости.Части обмоток 6, 7, 8 и 9 соединены своимиэлектрическими концами в мост (см. фиг. 2),в котором противолежащие плечи как б и 7,так 8 и 9 принадлежат одной из обмоток ивключены согласно. Магнитоупругий элемент(см. фиг. 1) снабжен дополнительными отверстиями 10 и 11, размещенными у отверстий собмотками на расстоянии, меньшем их радиуса.Магнитоанизотропный датчик работает следующим образом,Одну из диагоналей моста подключают кисточнику переменного тока, а другую - кизмерителю выходного сигнала. Благодарясогласному соединению частей б и 7, а такяечастей 8 и 9 обмоток в магнитоупругом элементе образуются два потока 12 - от однойи 13 - от другой измерительной обмотки (нафиг. 1 показаны условно, каждый в виде одной силовой линии). Поскольку материал магнитоупругого элемента 1 анизотропен, т. е. имеет разную проницаемость в направлениях, параллельном и перпендикулярном плоскости изгиба, то числа витков измерительных обмоток выбраны различными, так что их индуктивности равны, а мост уравновешен.При нагруяении магнитоупругого элемента изгибающей силой Р, часть поперечного сечения элемента 1 растягивается, а часть сжимается, Соответственно знаку коэффициента магнитострикции материала элемент 1 в одной из частей поперечного сечения магнитная проницаемость будет расти, а в другой - уменьшаться. Поскольку зависимость магнитной проницаемости от механических напряжений нелинейна и магнитная проницаемость при нагружениях возрастает больше, чем падает, то в целом по сечению это приводит к увеличению мапнитной проницаемости магнитоупругого элемента в направлениях, параллельных плоскости изгиба.Увеличение магнитной проницаемости магнитоупругого элемента приводит к увеличению магнитных потоков 12 и 13, но поток 12 увеличивается больше, чем поток 13, так как он проходит большую часть своего пути в направлении увеличения магнитной проницаемости. В результате этого индуктивность обмоток 8 и 9 увеличивается больше, чем индуктивность обмоток 6 и 7, что приводит к нарушению исходного равновесия моста (см, фиг. 2) и появленшо на его диагонали выходного сигнала, пропорционального приложенной к упругому элементу 1 (см, фиг. 1) нагрузки.Наличие отверстий 10 и 11 вызывает концентрацию механических напряжений в сечениях между ними и отверстиями 2, 3, 4 и 5. Это дополнительно увеличивает влияние нагрузки на магнитную проницаемость и способствует повышению чувствительности датчика,Формула изобретенияМагнитоанизотропный датчик для измерения силы или деформации, содержащий консольно закрепленный изгибаемый плоский магнитоупругий элемент с четырьмя отверстиями, оси которых параллельны плоскости его изгиба и размещены в вершинах прямоугольника со сторонами, параллельными и перпендикулярными плоскости изгиба магнитоупругого элемента, и две измерительные обмотки, охватывающие сечение мапнитоупругого элемента меяду двумя отверстиями, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности путем уменьшения начального выходного сигнала, вызванного магнитной анизотропией мапнитоупругого элемента, измерительные обмотки уложены между смеяными отверстиями, каждая на параллельных сторонах прямоугольника, число витков измерительной обмотки, охватывающей сечение магнитоупругого элемента с большей магнитной проницаемостью, выбрано561879 Фиг. 1 ГСоставитель Ю. Востриковдактор Н. Аристова Техред И. Карандашова Корректор Н. Аук аказ 15304ЦНИ Изд. М 531 Тираж 1109 Государственного комитета Совета Министро по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4:5ПодписноССР И 1 пография, пр. Сапунова, 2 меньшим числа витков другой обмотки и обе обмотки, выполнены из двух равных частеи, соединенных в мост так, что противолежащие плечи принадлежат одной из обмоток и включены согласно,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Гумаиюк М. Н, Магнитоупругие датчикив автоматике, Киев, Техника, 1972, стр. 111, рис. 56.2. Михайлов О. П., Габов Л. П. Магнито упругий датчик малых перемещений. Приборы и системы управления, 1971,8, стр, 38 - 39.