Преобразователь механических усилий в электрический сигнал

Союз Советскни Соцнапнстнческнн Республнк(45) Дата опубликования описания 14,04,78 осударстоенный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий 3) УДК 531,781Турко кин,Н,И,Пи А,шкин, МХазен М,2) Авторы иэобретени ронгин,титут механики Московского государственного университета им, М, В. Ломоносова(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛИзобретение относится к измерителям механических усилий и может найти применение во многих областях промышленности, в частности в горном деле дпя измерения осевой нагрузки на долото в процессе бурения. 5Известны разпичные преобразователи механических усилий в электрический сигнал: тензометрические, пьезоэлектрические, индукционные 1 К недостаткам этих преобразователей относятся высокая надежность, 1 О обусловленная электрической связью с деФормируемым телом, ограниченный динамический диапазон, малая чувствительность.Наиболее бпизким по технической сущности к предпоженному является преобразо ватель механических усилий в эпектрический сигнап, содержащий магнитоупругий чувствительный элемент возбуждающую систему, измеритель магнитной индукции и сипо-. передающий элемент 21.20Недостатки этого преобразователя - невысокая чувствитепьностьзависимость от условий окружающей среды и конструктивная сложность - ограничивают обпасть его применения. 25 цепь изобретения - увеличение чувствительности и расширение области примененияУказанная цель достигается за счет того, что в предложенном преобразователе магнитоупругий чувствительный элемент выполнен и виде нескольких стержней, симметрично расположенных относительно оси преобразоватепя, механически связанных с последовательно чередующимися разноименными полюсами постоянных магнитов возбуждающей системы, при этом измеритепь ма нитной индукции расположен по оси преобразователя, а силопередаюший-эпемент свя зан с частью стержней магнитоупругого чувствитеттьного элемента.Нв фиг. 1 показана схема расположения элементов преобразователя; нв фиг. 2- направление силовых линий магнитного поня в зоне расположения измерцтепя .магнит ной индукции,Сипопередвющий элемент 1, изготовлен ный из немагнитного материала, связан со стержнями 2, 3 мвгнитоупругого чувствительного элемента, выполненного в виде четырех пвраппельно расположенных по окружности стержней. Стержни 2, 3 являются рабочими, Симметрично относительно Оси преобразоватедя расположены стержни 4, 5, являющиеся компенсационными Со стержнями связаны магниты 6-9 возбуждающей системы с эамыкатедем 10 изготовленным из ферромагнитного материала. По оси преобразоватедя на уровне верхних торцов стержней установлен иэмеритедь 11 магнитной индукции, в частности кодьцевой ферроэондовый магнитометр. Постоянные магниты возбуждающей системы посдедоватедьно чере. дуются разноименными полюсами, поэтому в зоне установки измерителя магнитной ин-, дукции существуют магнитные потоки (фиг.+ 5 раб Очнй и компенсационный, напрацпенные навстречу, а в перпендикудярном к ним направлении - магнитные потоки между каждым рабочим и компенсационным стержнями, которые всегда направдены а навстречу и равны (на фиг. 2 не показаны).Преобраэоватедь работает спедующим образом. Постоянные магниты возбуждающей системы намагничивают стержни маг З нитоупругого чувствитепьного элемента. Организованные магнитные потоки, рабочий и компенсационный, направленные навстречу друг другу при отсутствии механических усидий равны, и выходной сигнад измерителя О магнитной индукции 1 равен нулю.При воздействии механических усидий сидопередыоший элемент деформирует рабочие стержни, при этом намагниченностьзь стержней изменяется. Следовательно, меняется и величина рабочего магнитного потокаа. Магнитное попе искажается, что регистрируется иэмеритедем магнитной индукции, выходной сигнал которого пропорционаден придоженному усилию В случае изменения49 внешних условий одновременно изменяется намагниченность всех стержней, .что искдю чает ошибку в измерениях.1 Повышение чу Всьвитедьности преобраэоВатедя Обусдовдено В основном эффектом дВОЙБОГО изменения магнитного ПОдя нялаГ+. ниченного стержня ма 1 нитоупругого чувстви тедьного элемента за счет изменении как магнитных характеристик стержня при его деформации, так и самого намагничиваюшего подл иэ-за изменения усдовий его распрос транения., Схема преобраэоватедя позводяет учитывать вдияние внешних усдовий и создавать конструкцию ддя измерения в каждом конкретном сдучае. Например, при измерении осевой нагрузки в процессе бурения конструкция преобразоватедя сдедующая: стержн магнитоупругого чувствитедьного эдемента вместе с возбуждающей системой закдючены в тепо немагнитной буридьцой трубыа Измеритедь магнитной индукции помещен в герметичный контейнер, раснодоженный по оси трубы.Формуда изобретенияПреобраэоватедь мехачических усидий В эдектрический сигнад, содержащий магнигоупругий чувствитедьный эдемент, Воэбужцающур систему на постоянном магните, ;1 змеритедь магнитной индукции и сидопере,цающий эдемент., от д ич аю щ и йси тем, что, с цепью повыц 1 епия чувствитедьаости и расширения обдасти применения, магнитоупругий чувствитедьный эдемент вы поднен в виде нескодькдх стержней, симметрично распопоженных относитедьно оси преобраэоватедя, механически связанных с посдедоватедьно чередующимися разноименными подюсамипостоянных магнитов возбуждающей системы, при этом иэмеритедь магнитной индукции распадожен по оси преобразоватедя а сидопередаюший элемент связан с частно стержней магнитоупругого чувствитедьного эдемента.Метод компенсации внешнего магнично го поля должен выбираться применительно к конструкции преобразоватедя, например: выставление уровня нулевого сигнада измеритедя мш нитной индукции путем раэдично5 О го намагничивания стержней, установкой магнитных экранов; Введением доподнитедьного измерителя магнитной индукции. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Туричич Л. Я, и др. Здектрическиеизмерения неэдектрических величин, Л.,Энергия 1975 стр. 251. 258, 272ЗО 12, Авторское свидетедьство СССРПодписное Совета Минист й и открытий ая наб., д, 4/5Тираж 1112 дарственного комитет по делам изобретен Москва, Ж, Раушск10/33И 111 ИПИ 1 о ак в ССС Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель К. ЯковлевРедактор Т, Орловская Техред И, Клямко КорректорА. Кравчеик3 24