Магнитоупругий датчик усилий

1 049760Изобретение относится к измерению механических усилий и. может применятьсяв весоизмерительной технике, мащ:вострое.нии, в системах автоматического регулиро.вания технологическими процессамн и вдругих отраслях народного хозяйства.Известен магнитоупругий датчик, содержащий две изгибаемые пластины, соединенные между собой на концах и в центрефиксирующими немагнитными вставками.Концевые вставки имеют призматические 10опоры, а измеряемое усилие прикладывается к стяжному болту, проходящему черезцентральную вставку. Каждая изгибаемая.пластина имеет по два продольных паза,расположенных между вставками и исполь-.зуемых в качестве окон для размещения 5обмоток.Измеряемое усилие, приложенное к стяжному болту, обуславливает возникновениемеханических напряжений различных знаков в верхней и нижней пластинах. Магнит- р 0ные сопротивления пластин изменяются, всвязи с чем изменяется индуктивность обмоток, подключенных к источнику питания 1,Недостатком датчика является узкаяобласть применения, связанная с низкой 5магнитоупругой чувствительностью дроссельных датчиков в случае измерения усилий растяжения продольный магнитоупругий эффект в материалах с ЛьО). Это обстоятельство и обуславливает .применение30устройства практически исключительно дляизмерения усилий сжатия. Необходимостьизмерения этим устройством знакопеременных усилий приводит к существенному усложнению конструкции и снижению точности измерения, так как требует использования двух датчиков, реверсора и анализатора знака усилия.Кроме того, наличие гальваническойсвязи между источником питания и измерительной цепью в ряде случаев затрудняетрешение задач суммирования сигналов нескольких магнитоупругих датчиков и получения более высокого напряжения выходного сигнала лри низком напрякении литания,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство,состоящее из цилиндрического чувствительного элемента с кольцевыми проточками,компенсационного элемента и соосных сними магнитопроводов с размещеннымимежду их полюсами цилиндрическими обмотками возбуждения и измерительными обмотками,55 Обмотки возбуждения основного и ком. пенсационных элементов соединены последовательно, При подключении их к источнику переменного тока создают во внутренних слоях чувствительного (основного) и компенсационного элементов магнитные потоки, замыкающиеся через ма гнитопроводы и при отсутствии измеряемого усилия индуктируют в измерительных обмотках равные ЭДС. Поскольку обмотали соединены последовательно и встречно, результирующее выходное напряжение равно нулю, При. действии измеряемого усилия магнитные потоки в чувствительном элементе и компенсационном изменяются на различную величину и возникает выходное напряжение датчика, пропорциональное измеряемому усилию 2.Недостатком устройства является узкая область применения, в связи с низкой магнитоупругой чувствительностью материала с положительной магнитострикцией при продольной ориентации магнитного поля относительно направления действия растягивающих напряжений, что обусловливает применение магнитоупругого способа на основе изменения взаимоиндукции и устройства, его реализующего, пра ктически только для измерения усилий сжатия, Необходимость измерения этим способом знакопеременных усилий приводит, как и в предыдущем способе, к существенному усложению конструкции устройства и, снижению точности измерения, так как требует применения двух датчиков, реверсора и анализатора. знака усилий,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем измерения знакопеременных усилий.Эта цель достигается тем, что в магнитоупругом датчике усилий, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде полого цилиндра, и размещенный в чувствительном элементе элемент намагничивания, выполненный в виде магнитолровода с обмоткой намагничивания, ось которой совпадает с осью магнитопровода, в цилиндр помещены дополнительно один или два магнитопровода с измерительными обмотками, оси которых совпадают с осями магнитопроводов и параллельны оси элемента намагничивания, лри этом элемент намагничивания установлен перпендикулярно оси цилиндра. На фиг, 1 представлен трансформаторный датчик усилий, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - зависимость измерительного сигнала от величины и знака измеряемого усилия.,. Устройство для измерения усилий, содеркит трубчатый чувствительный элемент 1, элемент намагничивания, расположенный внутри чувствительного элемента и состоящий нз магнитопровода 2 с обмоткой намагничивания 3 и дополнительного магнитопровода 4 с расположенной на нем измерительной обмоткой 5.Прн подключении обмотки намагничивания 3 к источнику переменного тока в поверхностном внутреннем слое трубча10497 того, элемента 1 возникает окружной магнитный поток ф,. Одновременно появляется. магнитный поток рассеяния ФР, замыкающий ся через воздух и дополнительный магниЪтопровод 4 с измерительной обмоткой 5, сигнал которой. определяется величиной потока рассеяния, проходящего через. дополнительный магнитопровод, и числом вит-. ков измерительной обмотки чЕ =ъ( д фРПри действии на трубчатый чувстви О тельный элемент усилия, направленного вдоль оси, изменяется магнитная проводимость поверхностного слоя, внутренней поверхности трубчатого чувствительного элемента в окружном направлении, и, следовательно, величина потока рассеяния, сцен ленного с измерительной обмоткой и ЭДС измерительной обмотки Ео, по которой можно судить о величине и знаке измеряемого усилия.Воздействие сжимающего усилия обуславливает в случае материала с положительной магнитострикцией поворот векторов намагниченности ь доменов перпендикулярно направлению действия механических напряжений сжатия, т.е. в нашем случае в окружном направлении. Элемент намагничивания создает во внешнем слое внутренней поверхности трубчатого чувст-вительного элемента окружное магнитное поле, т.е. поле ориентированное также, как и под действием осевого сжимающего усилия ориентируются векторы 1 з доменов, Магнитная проводимость магнитной цепи, по которой замыкается намагничивающий магнитный потокРО, увеличивается, что обус 604лавливает снижение потока рассеяния; име. ющегося, практически, в любой магнитной цепи. По мере увеличения усилия сжатия сигнал, снимаемый с обмотки, сцепленной с потоком рассеяния, падает. Величина сигнала может быть увеличена, если измерительную обмотку разместить на дополнительном магнитопроводе так, что их оси совпадают и параллельны оси магнитопровода элемента намагничивания.При действии измеряемых осевых растягивающих усилий на трубчатый чувстви-. тельный элемент из материала с положительной магнитострикцией векторы намаг.ниченности Ь,доменов стремятся расположиться вдоль направления действия растя. гивающих механичесских напряжениИ, т,е в направлении образующей трубчатого чув ствительного элемента. Это обуславливает уменьшение магнитной проводимости магнитной цепи, по которой замыкается намагничивающий поток Фо и, как следствие, увеличение потока рассеяния и сигнала измерительной обмотки, сцепленной с нимЗависимость измерительного сигнала от знакопеременного усилия представлена на фиг. 2 (кривая ). Скомпенсировав начальную величину измерительного сигнала, при-, ходим к зависимости Бизи=81, проходягцей через начало координат (кривая 2). Совершенно очевидно, что приведенная зависимость несет информацию и о величине н о знаке измеряемого усилия.Магнитоупругий датчик усилия позволяет при сравнительно простой конструктивной схеме одним датчиком обеспечить измерение знакоперемениых усилий.Составитель Н. Вовчук Техред И. Верес Тираж 873ИПИ ГЬсударственного комитет по делам изобретений и открМосква, Ж - Зб, Раушскаи на ППП кПатентэ, г.Ужгород, ул.