Магнитоупругий преобразователь усилий

(23)приоритет ао делам нзобретеннР Опубликовано 25.01,80,и открытнйвллетень М 3 ата опубликования опи ия 28,01,8 72) Авторы изобретени Ф. Зарипов, Л. Х, Звйнутдинова, Г. Н. Ковшов и Г. Ф, Кузнецов фимский авиационный институт им, Орджоникидзе) Заявитель 54) МАГНИТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИ Изобретение относится к измерительной технике, в часгности, к области конгроля механических усилий и может бытьиспользовано для непрерывного измеренияосевой нагрузки на забое и ускпйя, действуюшего на отклонитель при наклонном бурении скважин,Известны магнитоупругие динвмометры,предназначенные для непрерывного измерения осевой нагрузки на забое при бурении скважин 1 ф, нисрыв иронии визготовлении, но не обладают высокойчувствительностью, так как в силу разборности конструкции магнитная системаимеет воздушные зазоры. Кроме того,ати динамометры могут быть использова. -ны только для измерения осевой нагрузки.Известен также магнитоанизотропныйдатчик усилий 31, содержащий кольцевой мвгнитопровод с торцовыми выступами для приложени 51 силы и с радиальнымиотверстиями, в которые .уложены обмотки.Выступы магнитопровода, расположенные на одной торцовой поверхности магнитопровода, сдвинуты по окружности относительно выступов напротивоположной торцовой поверхности, а радиальтпе отверстия для обмоток расположены между ними минимум в две пары рядов по высотемагнитопроводв. Зтог датчик отличаетсявысокой чувствительностью, однако непосредственное его использование для опроделения бокового отклоняющего усилия,дейсгвуюшего на отклонитель при бурениинаклонных скважин, невозможно. Наиболее близким по технической суаности к изобретению является магнитоупругий преобразователь усилий, содержащий кольцевой чувствительный алемент с торцовыми выступами для приложения усилия, наружными ребрами, между когорыми уложены обмотки, и магнитопровод, замыкающий наружнь(е ребра 4 .Указатгный преобразователь не позволяет производить одновременное изм(рение осевой и боковой ст(лт(.711386 3Целью изобретении является обеспечение возможности одновременного измерения осевых и боковых сил, например,при наклонном бурении,Эта цель достигается тем, что в преобразователе наружные ребра выполненыв виде, выступов, расположенных вдольобразующей чувствительного элемента,и имеют отверстия, оси которых лежат вплоскостях, проходящих через середины 10выступов параллельно образующей чувствительного элементе и перпендикулярноего радиусам, проведенным в серединывыс гупов,11 аличие кольцевых торцовых выступов 15и радиальнь 1 х выступов, размещенных нанаружной цилиндрической поверхности магнитопровод а, обеспечивает возможностьприложения как осевых, гак и горизонталь.иых боковых усилий. г 0 Благодаря выполнению отверстий дляобмоток не только в магнигопроводе, нои в радиальных выступах, обмотки преобразователя оказываются размещенными 25в зонах различнаго нагружения, При измерении осевых нагрузок роль компенсационных обмоток выполняют обмотки, уложенные в отверстия радиальных выступов,а при измерении боковых нагрузок - обмотки, уложенные в радиальные отверстиямагнитопровода.Следовательно, преобразователь можетбыть также использован для измерениясуммы осевого и бокового усилий. з 5Введение цилиндрического стакана,плотно охватывающего радиальные выступы, и выполнение отверстий в выступахнерадиальиыми создаег вазможность измерения боковых усилий, приложенных к 40любой точке боковой поверхности преобразова геля,На фиг. 1 и 2 показаны варианты выполнения преобразователя.45Преобразователь содержит кольцевоймагнигопровод 1 с радиапьными выступами 2 и торцовыми кольцевыми выступами 3.Радиальные выступы размещены иа наружной цилиндрической поверхности магнитопровода, Торцовые выступы расположеныВ центральной части магнигопровода. Радиальные выступы плотно схвачены цилиндрическим стаканом 1, И магнигопроволе55и в выступах выполнены отверстия дляобмоток 5, ГГ 1 и агом отверстия 6 в выступах выполнены нерадиальнылш, а отверстия 7 в мат питопровопе - рдпищьньми,4Кроме того, в магнитопроводе выполнены радиальные прорези 8, расположенные между радиальными выступами и радиальными отверстиями. Прорези исключают магнитное и механическое взаимодействие между областями различногонагру жения,И преобразователе, показанном на фиг,1, отверстия 6 в радиальных выступах 2имеют оси, параллельные продольной осимагнитопровода 1, Пунктирными линиямина чертеже показаны магнитные силовыелинии поля обмоток, размещенных в выступах, и поля обмоток, размещенных врадиальных агверс гиях магнигопровода.Во втором варианте преобразователя(фиг. 2) оси отверстия 6, выполненныхв радиальных выступах 2, расположеныпо касаголькм к цилиндрической поверхнос гг, проведенной через цен гры а тихвыступов. Магнитные силовые линии поляобмоток, расположенных в отверстиях 6,и силовые линии обмоток и радиальныхотверстиях магнигопровода 7 имеют вданном случае одинаковую форму.Во втором варианте исполнения степень компенсации нулевого сигнала иего стабильность выше,Устройство работает следующим образом.При приложении осевой нагрузки Р кторцовым кольцевым выступам 3 происходиг изменение магнитной проницвемосгимагии гопровода 1, ч го приводи г к изменению индукгивносгей обмоток 5, уложенных и радиальные огверсгия 7, При этомрадиальные выступы 2 не испытываютмеханической нагрузки, и индук гивностиобмоток, уложенных в отверстия 6 выступов 2, остаются неизменными. Разностьсигналов рассмотренных двух групп обмогок будет пропорциональна величине измеряемой осевой нагрузки.При приложении боковой нагрузки "г кцилиндрическому стакану 4 в радиальныхвыступах 2 возникают механические напряжения, вызывающие изменение магнитной проницаемости выступов. Последнееприводит к изменению индукгивносги обмоток, уложенных в нерадиальных огверс гиях.При диФференциальном включении обмоток в огверстиях 6 и обмогок в отверстиях 7 выходкой сигнал оказываегся пропорциональным величине измеряемого бокового усилия Г . При одновременном приложении нагрузки к выступам 2 и 3 выходной сигнал5 7113преобразователя будет пропорциональнымсумме осевого и бокового усилий.Предложенный магнитоупругий преобразовательобладает расширенными функциональными возможностями и может битьиспользован для измерения как осевых,гак и боковых усилий и их суммы,Применение данного технического решения сокращает число типов преобразователей и их вторичных цепей, в часгнос- оги, при наклонном бурении скважин.Формула изобретенияМ агни тоупрут ий преобразователь усилий, преимущественно при наклонном бурении скважин, содержащий кольцевой чувствительный элемент с торцовыми высту нами, радиальными отверстиями, в когорые уложены обмотки, и наружными ребрами, замкнутыми магннгопроводом, о г -86 6л и ч а ю ц 1 и й с я тем, что, с цельюобеспечения одновременного измеренияосевых и боковых сил, наружные ребравыполнены в виде выступов, расположенных вдоль образующей чувствительногоэлемента и имеюг отверстия, оси которыхлежат в плоскостях, проходящих черезсередины выступов параллельно образующей чувствительного элеменга в перпендикулярно его радиусам, проведенным исередины выступов.Исгочники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМс 348894, кл, Я 01 Ь 1/12, 1970,2, Авторское свидег.льство СССРМо 486228, кл. Я 01 Ь 1/12, 1974.3. Авторское свидетельство СССРМо 239617, кл. Я 01 Ь 1/12, 1967.4. Производство металлоизделий промышленного назначения, ТрудыНИИМЕТИЗа. Сб. М 4, с, 81-82 (прототип).Составитель Г, МаксягиЛ, Бибер Техред М. Келемеш5997/27 Тираж 3.019П ЦНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113038, Москва, Ж, Раушская наб., д