Магнитоупругий датчик силы

СОЮЗ ССВЕТСНИХОононннниимРЕСПУБЛИН зсю 6 01 . 1/12 тО ввйоввть: ер е.лх л Фк тт ъ от ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯн втовононн овновтвнвотвт ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Киевский институт автоматики им. ХХЧ съезда КПСС(56) 1. Гинзбург В.Б. Магнитоупругие датчики. М., "Энергия", 1970, .с. 1, 50-532. Авторское свидетельство СССР 9 247567, кл. 6 01 . 1/12, 1967. (54) (57) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК СИЛЫ, содержащий чувствительный элемент цилиндрической формы и соосный с.,ЯО1122907А ним магнитопровод, на которомразмещены обмотки двух преобразователей, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерений за счет полной разгрузкикомпенсационного преобразователя,между чувствительным элементом и магнитопроводом установлена втулка изферромагнитного материала с радиальным участком, разделяющим преобразователи, причем одна цилиндрическаячасть втулки сопряжена с магнитопроводом плотно, а другая размещена сзазором концентрично чувствительному элементу.50 55 1 11229Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к конструкции датчиков, принцип действия которых основан на явлении магнитной упругости, и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования усилий.Известны магнитоупругие датчики усилий, содержащие чувствительный и компенсационный элементы в виде одинаковых полых цилиндров, обмотки возбуждения и измерительные обмотки которых соединены по дифференциально-трансформаторной схеме1 1.Однако обладая известными преимуществами, эти датчики имеют недостатки, понижающие их эксплуатационные и точностные характеристикн. Во-первых, без тщательной выработочной отбраковки практически невозможно изготовить пары - чувствительный и компенсационный элемент - достаточно идентичными по выходным характеристикам, что объясняется разбегом допусков и посадок деталей (в пределах нормируемых значений), неидентичностью режимов плавки и отжига, ,неидентичностью сборки чувствитель-, ных элементов и рядом других причин. Указанное обстоятельство приводит к тому, что влияние внешних факторов (температуры, параметра источника питания, вибраций и т.п.) по разному сказывается на выходных характеристиках чувствительного и компенсационного элементов, что понижает точность измерений.Во-вторых, наличие двух - чувствительного и компенсационного - элементов приводит к усложнению и удо 40 рожанию датчика, увеличению его габаритов и снижению эксплуатационной надежности.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являетсямагнитоупругий датчик усилий, содержащий чувствительный и компенсационный элементы, снабженные кольцевымипроточками, не охваченными полюсамимагнита 2,Недостатками известного датчикаявляются низкая чувствительность иточность,Целью изобретения является повышение точности измерения за счетполной разгрузки компенсационногопреобразователя.Поставленная цель достигаетсятем, что в магнитоупругом датчике 07 2 силы, содержащем чувствительный элемент цилиндрической формы и соосныйс ним магнитопровод, на котором размещены обмотки двух преобразователей,между чувствительным элементом имагнитопроводом установлена втулка,из ферромагнитного материала с радиальным участком, разделяющим претобразователи, причем одна цилиндрическая часть втулки сопряжена с магнитопроводом плотно, а другая размещена с зазором концентрично чувствительному элементуПостоянство зазора может бытьобеспечено за счет другой боковойповерхности втулки, плотно сопряженной, например приклеенной, к магнитопроводу,В связи с тем, что магнитопроводы,замыкающие рабочий и компенсационныйпотоки соответственно чувствительного и компенсационного элементов,представляют собой участки одних итех же ферромагнитных деталей, имеется реальная возможность выполнитьдатчик с исключительно близкимиисходными выходными характеристиками как компенсационного, так и чувствительного элементов, что повышает,стабильность нулевого сигнала иточность измерений.1 Кроме того, укаэанная выше особенность выполнения датчика позволяет добиться лучшей компенсации влияющих факторов (температуры, частоты, тока и т.п.), поскольку эти факторы одинаково влияют на,параметры обеих магнитных цепей - рабочей и компенсационной (по крайней мере, для ненагруженного датчика) в отличие от известного.Поскольку ксмпенсационный элемент полностью разгружен от измеряемого усилия, чувствительность датчика будет выше, чем у известного, что благоприятно скажется на точности измерений.Для более полного магнитного шунтирования участка чувствительного элемента. ферромагнитной втулкой (компенсационным элементом), толщина последней допжна выбираться в соответствии с эквивалентной глубиной проникновения электромагнитной волны, т.е. с учетом поверхностного эффекта. При этом втулку целесообразно выполнять из того же материала, что и чувствительный элемент, для229 7 4при этом компенсационный поток Фостается практически неизменнымиз-за шунтирования участка чувствительного элемента ненагруженной ферромагнитной втулкой 3, точнее ее цилиндрической частью 4, при этом радиальный участок 5 служит проводником как рабочего, так и компенсацион.ного магнитных потоков, являясь в 10 то же время естественным экраномот проникновения каждого из потоковв чужую магнитную цепь. Как показали испытания макетных образцов датчиковпри отдельной запитке обмотки возбуждения чувствительного иликомпенсационного элемента, в обмоткеизмерения невозбужденной магнитнойцепи наводится сигнал, составляющийменее 17 напряжения на своей измери тельной обмотке, т.е. ячейки, образованные втулкой, практически неимеют взаимоиндуктивной связи и являются в магнитном отношении автоном- .ными. Обмотки чувствительного и ком пенсационного элементов (либо параизмерительных, либо - возбуждения)соединены встречно, и с измерительных обмоток снимается напряжение,пропорциональное приложенному усилию.При этом механические напряженияна любом участке поперечного сечениячувствительного элемента распределены равномерно и равны между собой. 3 11снижения температурной погрешности гдатчика.На фиг. 1 изображен магнитоупругий датчик силы, на фиг. 2 - то же,для измерения небольших нагрузок.Датчик содержит чувствительныйэлемент 1, выполненный в виде гладкого цилиндра, магнитопровод 2,ферромагнитную втулку 3, цилиндрическая часть 4 которой является компенсационным элементом, радиальныйучасток 5 разделяет рабочий (Фр) .и компенсационный (Ф) магнитные потоки, а другой цилиндрический участок 6 прикреплен, например приклеен,к стенке магнитопровода 2. На чувствительном элементе 1 и на компенсационном (участок втулки 4) размещены пары обмоток - возбуждения иизмерительная, т,е, соответственнообмотки 7 и 8. Причем либо измерительные, либо обмотки возбуждениясоединены встречно.В магнитоупругом датчике силыдля измерения небольших нагрузок,показанном на фиг. 2, чувствительный элемент воспринимающий нагрузку,представляет собой гладкий цилиндр 1,расположенный внутри датчика, магнитопровод 2 выполнен в виде наружного цилиндра, а втулка 3 имеет цилиндрический участок 4, являющийсякомпенсационным элементом, радиальный участок 5, разделяющий пары,обмоток 7 и 8, и второй цилиндрический участок 6, скрепленный с внутренней поверхностью магнитопровода 2.Магнитоупругий датчик силы работает следующим образом.40Усилие, прикладываемое к чувствительному элементу 1, вызывает изменение величины рабочего потока Фр,Использование датчика в системах автоматического контроля и регулирования усилий и веса благодаря повышению точности измерений, увеличению перегрузочной способности, снижению габаритов и стоимости обеспечивает эффективность контроля и, соответственно, повышение качества конечного продукта."Патент", г, Ужгород, ул. Проектная или ал ИИПИ по д Моск Тираж 822осударственного кам изобретений и