Устройство для измерения усилий

ОЮ ИИ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Эа) С 01 Ь 1/12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ИДЕТЕЛЬСТВ ТОРСНОМ 8 околикй машиностроиевский механидетельство СССР1/12, 1964.2872, кл, 73-885,(54)(57) УСТРОЙСТВ УСИЛИЙ, содержащее соединенные источн тока, дифференциал преобразователь с дечником и блок ре МЕРЕН вател послед к пере ный ин енног ионны итным сер- отлиррома страц(71) Всесоюзный заочнтельный институт н Ижческий институт(56) 1. Авторское свиВ 160385, кл. С О 1 1.2. Патент США В 341969 (прототип) . ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерения, оноснабжено фильтром второй гармоникичастоты перемагничивання и фаэовымдетектором, а Дифференциальный индуционный преобразователь снабжен дополнительной равномерно распределенной вдоль сердечника обмоткой, подключенной к выходу фазового детектора, опорный вход которого подключен к источнику переменного тока,при этом первичная обмотка дифференциального индукционного преобразователя выполнена в виде двух встречновключенных секций, а измерительнаяобмотка этого преобразователя подключена через фильтр второй гармоничастоты перемагничивания к фазовомудетектору.40 45 50 55 Принцип действия устройства основан на возбуждении СБ в ферромагнитном сердечнике переменным магнитным полем, создаваемым первичной обмоткой индукционного преобразователя. Измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, изменяя в нем внутренние напряжения. Соответ" ственно меняются характеристики ЭДС от СБ и показания блока регистрации. Гармоники частоты перемагничивания компенсируют вследствие дифференциального включения индукционного преобразователя 21 .Недостаток известного устройства состоит в том, что не компенсируется та часть гармоник частоты перемагни 1 1118Изобретение относится к измерениям неэлектрических величин и можетбыть использовано в приборах и системах для измерения усилий с цифровой обработкой,результатов измерения.Известно устройство для измеренийусилий, содержащее последовательносоединенные источник переменноготока, индукционный преобразователь сферромагнитным сердечником и блок 10регистрации среднего числа выбросовЭДС от скачков Баркгаузена (СБ) .Принцип действия устройства основан на возбуждении в ферромагнитномсердечнике СБ посредством воздействия переменного магнитного поля,создаваемого источником переменноготока. Измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, вызывая в нем изменение внутренних напряжений. Это приводит к изменениювеличины ЭДС .от СБ снимаемой с выходаиндукционного преобразователя, и соответственно изменению показаний блокарегистрации 1 .25Недостатком данного устройстваявляется малое быстродействие, поскольку уже при частотах перемагничивания порядка нескольких герц гармоники частоты перемагничивания, возникающие на выходе индукционногопреобразователя, препятствуют нормальной работе блока регистрации.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство для измерения усилий, содержащее последовательно соединенныеисточник переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником иблок регистрации,чивания, которая вызвана наличиемпостоянных внешних магнитных полей, атакже разбросом коэффициентной силыпо длине ферромагнитного сердечникаматериалов с малой коэрцитивной силой (тонкие пленки, пермаллоевые проволоки).Цель изобретения - повышение точности измерения,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для измеренияусилий, содержащее последовательносоединенные источник переменного тока,дифференциальный индукционный преобразователь с ферромагнитным сердечником и блок регистрации, снабженофильтром второй гармоники частотыперемагничивания и фазовым детектором, а дифференциальный индукционныйпреобразователь снабжен дополнительной равномерно расположенной вдольсердечника обмоткой, подключенной квыходу фазового детектора, опорныйвход которого подключен к источникупеременного тока, при этом первичнаяобмотка дифференциального индукционного преобразователя выполнена ввиде двух встречно включенных секций, а измерительная обмотка, этогопреобразователя подключена черезфильтр второй гармоники частоты .перемагничивания к фаэовому детекторуНа фиг. 1 показана блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг. 2- временные диаграммы, поясняющие,принцип его работы.Устройство для измерения усилий (фиг. 1) содержит источник 1 переменного тока, дифференциальный индукционный преобразователь 2 с ферромагнитным сердечником 3, блок 4 регистрации, фильтр 5 и фазовый детектор 6, при этом источник 1, индукционный преобразователь 2 и блок ч регистрации соединены последовательно, фильтр 5 и фазовый детектор 6 также соединнены последовательно, причем фильтр 5 подключен к выходу индукционного преобразователя 2, а опорный вход фазового детектора 6 подключен к источнику 1 переменного тока. Индукционный преобразователь 2 включает перемагничивающую обмотку У, измерительную обмотку Я 2 и равномерную дополнительную обмотку М. Обмотка У подключена к выходу фазового детектора б. Кроме того, перемагничивающая11188 3обмотка У, выполнена в виде двух встречно включенных секций.Рассмотрим работу устройства с учетом временных диаграмм на фиг. 2.Источник 1 переменного тока созда,5 ет переменный ток, в частности, синусоидальной формы, который протекает по перемагничивакщей обмотке индукционного преобразователя 2. Измеряемое усилие прикладывают к ферромаг р нитному сердечнику 3. При этом в ферромагнитном сердечнике 3 изменяется величина внутренних механических напряжений, вследствие чего изменяются характеристики НЩС от СБ, что приводит к изменению показаний блока 4 регистрации, В первом приближении компенсация гармоник частоты перемагничивания осуществляется путем встречного включения секций обмотки У и согласно включения секций обмотки Ч 2. Компенсация гармоник, обусловленных разбросом коэрцитивной силы Нс по длине сердечника или наличием внешних постоянных магнитных полей, 2 осуществляется следующим образом. Предположим, что участки сердечника 3, расположенные в зонах секций обмотки Я индукционного преобразователя 2, имеют соответственно коэрци- Зо тивные силы Нс 1 и Нс (фиг. 2 а). Из графических построений видно, что шумовые пачки СБ на графике 26 не совпадают во времени, в частности соответствуют моментам с 1 и с , Это приводит к искажению сигнала йа входе блока 4 регистрации и может полностью нарушить нормальное функционирование устройства. Для нормальной 75 4работы блока регистрации, очевидно, необходимо совместить моменты С 1 и С 2. Создадим постоянное однородное магнитное поле величиной Н. Из графических построений нетрудно заметить, что сигналы от перемагничивания участков сердечника с величинами коэрцитивной силы Н 6 и НС совпадают о времени (обычно максимальное значение ЭДС от СБ совпадает с моментом врамени, когда внешнее поле равно коэрцитивной силе) . При этом гармоники частоты перемагничивания практически компенсируются и сигнал приобретает вид, показанный на графике 26 для момента времени С,Воздействие внешних постоянных магнитных полей в данном случае эквивалентно изменению величин коэрцитивной силы участков сердечника и компенсация внешнего поля осуществляется аналогичным образом. На графике фиг. 2 в показана зависимость изменения выходного напряжения фазового детектора от величины внешнего поля. Видно, что при Нн= - " О сигнал Од не равен нулю. Это обусловлено суммарным воздействием таких факторов как разброс козрцитивной силы по длине сердечника и магнитного поля Земли. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает повышен ной точностью измерения. В частности, по результатам предварительных исследований погрешность измерения уменьшается с 3-5 до 1-1,57.1118875 Фиг Составитель Н. Вовчуковач Техред А,Вабинец Корректор М. Иаксимишине Редакто Подписное аказ иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная Нсра 4.2/29 ВНИИПИ Г по дел 113035, Иодарственного комитета СССРизобретений и открытийа, Ж, Раушская наб., д. 4