Магнитоупругий датчик усилий

9) (11) 4(5) Е 21 В 44/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСН ев,ого Д.ра(21) 3658510/23-03(7 1) Свердловский ордена ТрудовКрасного Знамени горный институим. В.В. Вахрушева(54) (57) ИАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ, содержащий измерительные, катушки, катушку возбуждения, компенсационный и чувствительный элементы имагнитопровод, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышениячувствительности, он снабжен дополнительными чувствительными, компенсационными элементами и измерительными катушками, а магнитопровод выполнен в виде цилиндрической катушки с обмоткой возбуждения, при этомчувствительные и компенсационные элементы расположены по окружности попарно ма равиоудаленном расстояниидруг от друга, а их продольные осипараллельны продольной оси катушкимагнитопровода.96 1 11616Изобретение относится к контролюи управлению процессом бурения ипредназначено. для измерения усилий,возникающих в рабочих органах машин,в частности; в канатах при их натяжении.Известен забойный датчик для из"мерения усилий в колонне бурильныхтруб, содержащий упругий чувствительный элемент с ферромагнитным сердечником и сектором для крепления, Этодатчик индукционного типа. Принциппреобразования усилия в сигнал в виденапряжения значительно отличает этотдатчик от широко распространенных 1магнитоупругих датчиков Г 1 3Недостатками этого датчика являются низкие надежность и чувствительность, обусловленные индукционнымпринципом преобразования, 20Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсямагнитоупругий датчик усилий, содержащий измерительные катушки, катушкувозбуждения, компенсационный и чувствительный элементы и магнитопровод.Датчик содержит чувствительныйи компенсационный элемент, два внутренних магнитопровода, выполненных ,Зеиз пакетов электротехнической стали,две катушки возбуждения, две измерительные катушки, сферические подпятник и пяту, опору и корпус,Одна катушка возбуждения и одна изме35, рительная катушка расположены на одноммагнитопроводе, вторая катушка возбуждения и вторая измерительнаякатушка расположены на втором магнитопроводе, а магнитопроводы помещены внутри чувствительного и компенсационного элементов и расположеныодин над другим. Причем измерительная катушка, расположенная внутрикомпенсационного элемента, соеди-.нена встречно-последовательно совторой измерительной катушкой, расположенной внутри чувствительногоэлемента, который одной плоскостьюопирается на опору, а другой - напяту, на которой находится подпятник.Датчик работает следующим образом,Когда нагрузка равна нулю, магнит ные потоки, создаваемые катушками возбуждения, проходят через магнитопроводы .из электротехнической стали и чувствительный и компенсационный элементы, При этом ЭДС, наводимые в измерительных катушках,равны по величине и на выходе датчика напряжение равно нулю. Во времяизмерения усилие передается черезсферические подпятник и пяту к чувствительному элементу, а от негочерез опору к корпусу. Так как компенсационный элемент остается ненагруженным, а внутри чувствительного элемента возникают сжимающие механические напряжения, изменяющиеего магнитные характеристики, тона выходе измерительных обмоток появляется напряжение, пропорциональное усилию. Верхнему пределу измерения усилия (50 кН) соответствуетнапряжение, равное 2 В 23,Однако известный датчик имеетнизкую чувствительность, обусловленную тем, что при измерении происходит изменение магнитного потока, наводимого катушкой возбуждения, только в чувствительном элементе. Это непозволяет использовать его в системах автоматического контроля бездополнительных элементов, Крометого, он сложен конструктивно и имеет высокую стоимость, так как имеетдве катушки возбуждения и два магнитопровода, которье расположены одиннад другим и выполнены из пакетовэлектротехнической стали, а на катушку возбуждения подается напряжениевысокой частоты от дополнительногоисточника питания,Цель изобретения - повышение чувствительности.Поставленная цель достигается тем,что известный магнитоупругий датчик усилий, содержащий измерительныекатушки, катушку возбуждения, компенсационный и чувствительный элементы имагнитопровод, снабжен дополнительными чувствительными, компенсационнымиэлементами и измерительными катушками а магнитопровод выполнен в видецилиндрической катушки с обмоткойвозбуждения, при этом чувствительные и компенсационные элементы расположены по окружности попарно наравноудаленном расстоянии друг отдруга, а их продольные оси параллельны продольной оси катушки магнитопровода. На фиг. 1 изображен .датчик, общийвид; на фиг,2 - разрез А-А на Фиг, 1,3 1161В корпусе 1 датчика помещен магнитопровод 2. Внутри магнитопровода 2йомещены чувствительные элементы 3,компенсационные элементы 4 и катушка 5 возбуждения, Измерительные катушки 6 и 7 расположены на чувствительных элементах 3 и компенсационных элементах 4 соответственно,Чувствительные элементы 3 одной торцовой поверхностью опираются на опо- фру, которой служит дно корпуса 1,а другой торцовой стороной касаютсяпяты 8. Компенсационные элементы 4торцовыми поверхностями не касаютсяни опоры (дно корпуса 1), ни пяты 8.Чувствительные 3 и компенсационные 4 элементы расположены по окружности магнитопровода попарно наравноудаленном расстоянии друг от друга, причем чувствительные элементы 3выполнены по высоте больше, чем компенсационные элементы 4.Датчик работает следующим образом.При усилии, равном нулю, напряжение на выходе датчика отсутствует, дтак как магнитные потоки (см. фиг. 2),которые проходят через чувствительные 3 и компенсационные 4. элементы,равны между собой. С приложением усилия пята 8 давит на чувствительныеэлементы 3, которые опираются на днокорпуса. Механические напряжения, возникающие внутри чувствительных элементов 3, изменяют их магнитную проницаемость, что приводит к изменениюмагнитного сопротивления чувствитель 35ных элементов 3В результате происходит перераспределение магнитныхпотоков между чувствительными 3 и компенсационными 4 элементами, ввиду40ненагруженности последних. Перераспределение магнитных потоков вызываетизменение величины напряжения, наво 696 фдимого в измерительных катушках 6 и 7, В результате на выходе датчика появится напряжение, которое пропорционально приложенному усилию.Выходная характеристика датчика при напряжении питания катушки возбуждения равном 12 и 24 В и нагрузке на выходе датчика 2,2 кОм линейка, Эта характеристика получена с . использованием образцового динаиомет. ра ДСконструкции "ИЭЗИИ" и В". Испытанный датчик имеет. верхний предел измерения равный 50 кН при допустимой нагрузке, равной 100 кН,. Проверка термостабильности датчика в интервале температур от -30 доо+30 С показала, что погрешность измерения изменяется в пределах 1-2 Е. Приведенная характеристика также показывает, что чувствительность датчика на один чувствительный элемент выше, чем у известного. Например, при нагрузке 50 кН и напряжении пи- . тания катушки возбуждения, равном 24 В, на один чувствительный элемент приходится 4,7 В, в то время как у известного составляет всего 2 В, т.е. чувствительность предложенного датчика в 2,3 раза вь 1 ше, чем известного. Таким образом, датчик предложенной конструкции имеет высокую чувствительность и прост конструктивно. Это позволяет подключать датчик к элементам автоматики без предварительного усиления и повысить точность измерения усилия Упрощение конструкции заключается в замене двух катушек возбуждения и двух магнитопроводов одной катушкой и одним магнитопроводом, Последний может быть выполнен иэ стали марки Ст. 3, что снижает стоимость датчика.каз 394 лиал ППП 1 Патен ул. Проектная жг 8/38 ТиражВНИИПИ Государстпо делам изоб113035, Москва, Ж 1 61696 А.Л40 Подписноенного комитета СССР етений и открытий5, Раушская наб., д. 4/5