Магнитоупругий датчик давления

Союз Советских Социалистических Республик(51) М Кл,е 501 Ь 9 присоединением заявк сударственный комитеоввта Министров СССРпо делам иэооретенийн открытий,91 (088,8) ико 2) Авторы изобретени Ю. Я. Востриков и А. Г. Полубояри 1 эскэвский ордена Трудэвэгэ Краснэгэ приборэстрэительный завэд "Манэмет амен(54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИ ительнои теанционногоютного давже уровня и различныхИзвестнь ния. Такие магнитостр и. Под воздействием измеряемого давле я у магнитопровода изменяется магнитная проницаемость, а в результате - взаимная индуктивнсать между обмотками, являющаяся мерой измеряемого давления 1, Однако магнитоупругие датчики уступают по 15 точности дифференциально-трансформаторным датчикам, хотя и более надежны.Известны также магнитоупругие датчики избыточного давления, содержащие два оди- и иаковых чувствительных элемента в виде 20 полых цилиндров 21, На каждом из них имеется первичная и вторичная полуобмотка. Первичные попуобмотки включены последовательно и согласно, а вторичные - встречно. Оба чувствительных элемента вместе с наружИзобретение относится к контрольно-измехнике и предназначено для дис измерения избыточного и абсолений, разности давлений, а так расхода по разности давлений идких и газообразных сред,магнитоупругие датчики давлеатчики имеют магнитопровод и исционного материала и две обным экраном образуют одну замкнутую магнитную цепь. Измеряемое давление подают внутрь одного из чувствительных элементов, а второй - соединен с атмосферой, так что датчик измеряет избыточное по отношению к атмосфере давление.При такой конструкции датчика лишь часть всей магнитной цепи меняет свое сопротивление под действием давления - это рабочий чувствительный элемент. Изменение взаимной индуктивности между первичной и вторичной обмотками достигается не изменением основного потока, а изменением потоков рассеивания вокруг каждой из полуобмоток.Магнитная цепь является составной и поэтому содержит воздушные зазоры.В результате датчик обладает малой чувствительностью и поэтому для получения риемлемых значений взаимной индуктивности при заданных значениях давления необходимы существенные значения механических напряжений в материале магнитопровода. По этой причине характеристика преобразования известного датчика обладает довольно большой нелинейностью и гистерезиеом.Кроме того, такая конструкция чувствительных элементов не позволяет получитьвысокой точности при использовании датчика для измерения малых разностей двух давлений. Это объясняется тем, что каждое из 5двух давлений должно подаваться в свойчувствительный элемент по одну сторону егостенки, так что вместо прямого преобразования разности двух давлений, датчик преобразовывает каждое давление в отдельности 10как избыточное, а затем осуществляет электрическое вычитание результатов преобразования, т, е. приведенная погрешность приизмерении разности давлений окажется большей чем приведенная погрешность при изме ренин избыточного давления, во сколько жераз, во сколько раз наибольшее из измеряемых давлений больше их разности.Целью изобретения является уменьшениенелинейности и гистерезиса магнитоупругого 20датчика и обеспечение в одной конструкции измерения избыточного, дифференциального и абсолютного давлений с одинаковой точностью.Это достигается выполнением обоих чувствительных элементов датчика в виде полых 2тороидов, вложенных в тороидальную защитную оболочку из немагнитного материала иподачей двух давлений, разность между которыми измеряется, по разные стороны стенки обоих чувствительных элементов, такчто в одном чувствительном элементе материал работает на растяжение, а в другом -на сжатие.При таком исполнении датчика магнитнаяцепь - тороид - не имеет воздушных зазо 35ров и вся целиком меняет свое сопротивление под воздействием измеряемого давления,причем изменение взаимной индуктивностидостигается за счет изменения основного потока, Примененная схема нагружения чувствительных элементов обеспечивает непосредственное преобразование разности двух давлений - основного и опорного, а противоположность знаков механических напряжений привстречном включении вторичных обмоток обеспечивает взаимную компенсацию нелинейностей преобразования обоих чувствительныхэлементов,На фиг. 1 схематически изображен датчик с разрезами; на фиг. 2 - его принципи 50альная электрическая схема; на фиг. 3 - закон изменения проницаемости материала сположительной магнитострикцией.Магнитоупругий преобразователь избыточ-Ь 5ного, дифференциального и абсолютного давления во взаимную индуктивность (фиг. 1 ) имеет два тороидальных полых чувствительных элемента 1 и 2, являющихся одновременно магнитопроводами. Они изготовлены из 60 ферромагнетика с большой магнитострикцией,например, пермаллоя 50 Н, Каждый из магнитопроводов 1 и 2 вложен в защитную оболочку 3 и 4 из немагнитного материала, например, стали 36 НХТЮ. На каждом магнитопроводе поверх защитной оболочки имеетсяпервичная и вторичная обмотки, а также обмотки регулировки нуля: соответственно 5,6, 7 - на одном, 8, 9, 10 - на другом магнитопроводе. Оба магнитопровода крепятсяк держателю 11, несущему на себе всю конструкцию. Внутренние полости магнитопроводов соединяются со штуцерами 12 и 13 дляподвода двух давлений , разность между которыми необходимо преобразовать во взаимную индуктивность. Кроме того, внутренниеполости защитных оболочек также соединяется со штуцерами, но в обратном порядке:3 с 13, а 4 с 12 с помощью каналов 14и 15, На держателе 11 крепится коробка16 с электрическими элементами и органами настройки преобразователя, Коробка 16имеет электрический разъем 17 для присоединения ко вторичным устройствам.Первичные обмотки 5 и 8 (на фиг. 2) соединены последовательно, согласно и выводятся на зажимы А и Б разьема 17. Вторичные обмотки 6 и 9 также соединены последовательно, но встречно, Обмотки регулировки нуля соединены последовательно и согласно. Выход со вторичных обмоток и обмоток регулировки нуля подсоединяется к настроечным элементам схемы, а затем - к зажимам ВГ разъема 17, Схема имеет следующие органы настройки: регулировку нуля -резистор 18, регулировку диапазона взаимной индуктивности - резистор 19. (Ручкиэтих сопротивлений обозначены на фиг, 1теми же позициями).Магнитоупругий преобразователь избыточного дифференциального и. абсолютного давления во взаимную индуктивность работает следующим образом.С помощью разъема 17 его подсоединяютко вторичному устройству, измеряющему взаимную индуктивность, например, вторичномудифференциально-трансформаторному прибору КСД 2, от которого поступает питающийток.Через штуцера 12 и 13 подают давления,разность которых необходимо преобразоватьво взаимную индуктивность, Если давление,поданное в штуцер 12, больше давления, поданного в штуцер 13, то на стенки магнитопровода 1 будут действовать растягивающие напряжения, а на стенки магнитопровода 2 - сжимающие,Как известно, магнитная проницаемость магнитных материалов зависит от механических напряжений по гиперболическому за 551524кону - кривая й (фиг. 3), Для растягивающих напряжений справедлив участока для сжимающих - участок Ь . Благодарятому, что вторичные обмотки магнитопроводов включены навстречу, взаимная индуктивность между первичной и вторичной цепьюпреобразователя будет пропорциональной разности О, между участками о и(или.симметрично построенным ему участкомкривой изменения проницаемости с давлением. щВ результате при исходной нелинейности зависимости проницаемости материала от напряжений зависимость взаимной индуктивностиот давления оказывается линейной,Магнитоупругий датчик, благодаря малой нелинейности и гистерезису, превосходит по своим характеристикам дифференциально-трансформаторные датчики, В описанном датчике магнитопривод с защитной оболочкой совмещает в себе несколько функ- щций - функцию чувствительного элемента,корпуса для больших статических давлений,магнитопровода и каркаса для обмоток, Онне содержит подвижных элементов. Поэтому он проще и надежнее, .чем дифференциаль-дно-трансформаторные датчики давления и разности давлений, что дает е:гу преимуществокак в производстве, так и эксплуатации,Ф о р м у л а изобретенияМагнитоупругий датчик давления, содержащий два полых чувствительных элемента из магнитострикционного сплава, соединенные последовательно обмотки на них, из которых первичные включены :согласно, а вторичные - встречно, элементы регулировки нуляи диапазона, а также подводящие штуцеры длякаждого чувствительного элемента, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью уменьшениянелинейности и гистерезиса и обеспечениявозможности измерения как избыточного,так дифференциального и абсолютного давлений, чувствительные элементы датчикавыполнены в виде полых тороидов и заключены в тороидальную защитную оболочкуиз немагнитного материала, причем один изштуцеров соединен каналами с внутреннейполостью первого чувствительного элементаи полостью, образованной защитной оболочкойи вторым чувствительным элементом, а другой штуцер - с внутренней полостью второго чувствительного элемента и полостью, образованной защитной оболочкой и первымчувствительным элементом,Источники информации, принятые во внимание пои эксперплзе:1. Гинзбург В, Б. фМагнитоупругие датчикиф, М 1970, с, 32-34,2. Гинзбург В. Б, "Магнитоупругие датчики", М., 1870.,с. 60 (прототип).Составитель И. Орловаедактор Е, Скляревская Техред И, Асталош Корректор А, Власенко ССР филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Заказ 115/21 Тираж ЦНИИПИ Государственног по делам из 113035, Москва, комитетабретений-35, Рау Подписноеовета Министровоткрытийская набд, 4/5