Устройство для определения направления отклоняющего усилия

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социапистических Ресвубпик(22) Заявлено 240778 (21) с присоединением заявки Мо 061 4/18 сударственный комитет СССР но делам изобретений и открытий23) Приоритет -Опубликовано 250280, Бюллетень М 7 Дата опубликования описания 2 50280(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕН 1 ОТКЛОНЯЮЩЕГО УСИЛИ но ни мо Изобретение относится к области : силоизмерительной техники и может быть использовано для непрерывного определения направления отклоняющего усилия, действующего на буровой агрегат при бурении скважин.Известны магнитоупругие силоизмери тели, предназначенные для измеренияосевой нагрузки (11 ЩМагнитоаниэотропный датчик для измерения сосредоточенных осевых сил содержит кольцевой сплошной маг" нитопровод с двумя рядами отверстий., в которых "уложены первичная обмотка., 15 подключенная к источнику переменноготока,и пересекающаяся с ней измерительная обмотка, подключенная к изме- рительной схеме, причем отверстия выполнены радиальными и расположены 20 по боковой цилиндрической поверхности с равномерным шагом.Эти магнитоаниэотропные силоизмерители обладают высокой чувствитель-, ностью и точно тью при определении25 осевых усилий, но имеют ограниченные Функциональные воэможности, а имение позволяют определить напраэлея боковой составляющей контролируего усилия. 30 Наиболее близким по техническойсущности решением является магнитоупругая месдоза, содержащая генера-тор, магнитоупругий силовой элемент,выполненный"в виде цилиндрическогодиска из Ферромагнитного материалас распределенной по окружности обмоткой и с двумя взаимно перпендикулярными подмагничивающими обмотками,одна из которых расположена начасти сердечника, подвергающегосямеханическому воздействию, электрически связанный с ним сельсин иустройство отсчета выходной величины (21,Этот датчик отлйчаетея повыаеннойточностью благодаря устранению влияния непостоянства питающего напряжения и изменения температуры напоказания, Однако и он может бытьприменен только для определенияосевой нагрузки, действующей на буровой агрегат, Йспользование известной месдоэы-для определения направления усилия, действующего на буровойагрегат, практически невозможноЦелью изобретения является повышение чувствительности и расширенияФункциональных возможностей схемы.Эта цель достигается тем, чтообмотки распределены на магнитопроводе попарно, диаметрально противоположно, а число пар кратно трем,причем вторичные обмотки каждой парывключены последовательно - встречнои замкнуты на статорные обмотки сельсина через введенный в устройствоэлектронный коммутатор, а измеритель выходной величины выполнен ввиде двигателя с датчиком его оборотов, механически связанногО через ре-Одуктор с ротором сельсина, и последовательно включенных избирательногоусилителя,синхронного детектора управляющий вход которого подключен кгенератору, один вход которого связан с электронным коммутатором черезмагнитоупругий преобразователь, авторой - с его входом непосредственно, триггера ВЬитта, Э - . )с триггераи счетчика, один вход которого свя Озан с выходом датчика оборотов, авторой вход - сединичным выходом,- Е триггера, этот же выход подключен к управляющему входу коммутатора. 25На Фиг.1 изображена структурнаясхема устройства;на Фиг.2 - временные диаграммы.Устройство состоит из генератора1, Формирующего напряжение. Генератор последовательно соединен споследовательно соединенными первичнымиобмотками магнитоупругого преобразователя 2, вторичные обмотки которого соединены с коммутатором 3,предназначенным для разновременного . З 5подключения к статорным обмоткамсельсина 4 или опорного напряжения,или напряжения магнитоупругого преобразователя, Роторная обмотка сель. сина соединена с входом избиратель Оного усилителя 5, выделяющего инФормационнОе напряжение. Выход последнего связан с входом синхронногодетектора б, работающего при соотношении частот сигнала и управления1:1, Выход детектора соединен свходом триггера Шмитта 7, Формирующего прямоугольные импульсыположительной полярнооти, Выход триггераШмитта соединяется с счетным входом3-3 с триггера переключения 8, выход 5 Окоторого последовательно соединенс входом счетчика устройства 9, об-ладаю 1 цего памятью и регистратором10, Ротор сельсина механически связан Через редуктор 11 с двигателем 5512, наодной оси с которым закреплен датчик оборотов 13, предназначенный для выдачи импульсов запоминающей частоты,На Фиг.3 изображен внешний вид 6 Ои сечение магнитоупругого преобразователя, выполненного в виде кольца 14 из Ферромагнитного материа-ла с распределенными по окружностиобмотками: первичными 15 и вториными 16, Обмотки уложены попарно, причем обмотки каждой пары размещены диаметрально противоположно: 16 абб, 1 бвбг,1 бдбе. Число пар кратно трем.ФНа фиг, 4 и з об раже на элек тричес - кая схема соединения вторичных обмоток со статорными обмотками сельсина 17, Роторная обмотка 18 сельсина соединена с входом избирательного усилителя, Вторичные обмотки преобразователя соединяются со статорными обмотками переключением зажимов 19 электронного коммутатора, причем вторичные обмотки каждой пары соединены "последовательно - встречно.Устройство работает следующим образом: при включении генератора 1 синусоидальное напряжение с его выхода поступает на первичные обмотки магнитоупругого преобразователя 2. При равенстве нулю отклоняющего усилия магнитныепроницаемости участков магнитоупругого силового элемента, на которые намотаны обмотки, принадлежащие одной паре, равны мещду собой, ЭДС, наводимые в этих обмотках, будут Также равны между собой, а за счет последовательно в .встречного включения вторичных обмоток каждой пары, напряжение на зажимах каждой пары вторичных обмоток становится равным нулю. При появлении отклоняющего усилия, воздействующего на буровой агрегат, магнитные проницае 1мости участков магнитоупругого силового элемента, принадлежащих одной ,паре обмоток, становятся различными :и соответственно ЭДС, наводимые в обмотках, намотанных на эти участки, становятся равными, и напряжения на. зажимах каждой пары вторичных обмоток становятся отличными от нуля, Напряжение, снимаемое со вторичных обмоток магнитоупругого преобразователя, йодается на один вход коммута" тора 3, на другой вход которого одновременно поступает опорное напряжение. В начальный момент времени коммутатор 3 подключает опорное напряжение к статорным обмоткам сель- сина 4. Амплитуда сигнала, снимае- мого с роторной обмотки 18 сельсина 4, пропорциональна углу поворота ротора и изменяется по синусоидальному закону. Напряжение постоянно вращающейся роторной обмотки 18 усиливается избирательным усилителем 5, выпрямляется синхронным детектором. б и поступает на вход триггера Шмитта 7, В момент времени 1 перехода через О сигнала ротора сель- сина триггер шмитта 7 переключается в состояние 1и переключит триггер 8 также в 1 , Так кактриггер 8 соединен с входом счетногоустройства 9, то частота заполненияс датчика оборотов 12 начинает прохо.дить в счетное устройство 9. Одновременно ф 1с выхода триггера 8переключает коммутаТор 3, которыйподключает к статорным обмоткамсельСина 4 вторичные обмотки магнитоупругого преобразователя 2, Приэтом напряжение роторной обмоткисельсина 4 еще не перешло через0 из-за разности фаз междуопорным напряжением и напряжениеммагнитоупругого преобразователя 2,поэтому триггер Шмитта 7 сновапереходит в состояние 0. В моментпри переходе через 0асигнала ротора сельсина, наведенногонапряжением вторичных обмоток магнитоупругого преобразователя 2, триггерШмитта 7 установится в состояние11 1, триггер 8 переключится изсостояния 11 ф в 0 и установитсчетное устройство 9 в 0 ф, частота заполнения с датчика оборотов 13перестанет проходить. Одновременно 20коммутатор 3 вернется в первоначальное состояние, при котором он подключен к статорным обмоткам сельсина 4опорное напряжение с генератора 1.В момент 1 триггер Шмитта переходит 5:в состояние О и процесс измеренияповторяется в той же последовательности. Таким образом, количествоимпульсов, прошедшее на счетное устройство 9 за время 1 -1 , пропор- ЗОционально измеряемому углу наклойа.Выходной сигнал фиксируется регистра"тором 10,Формула изобретенияУстройство для определения направ ления отклоняющего усилия, содержащее генератор, магнитоупругий силовой элемент, выполненный в виде кольца из ферромагнитного материала сраспределенными по окружности первичными и вторичными обмотками, электрически связанный с ними сельсин иизмеритель выходной величины, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения чувствительности .ирасширения функциональных возможностей, обмотки распределены на магнитопроводе попарно, диаметрально противоположно, а число пар кратно трем,причем вторичные обмотки каждой парывключены последовательно - встречнои замкнуты на статорные обмоткисельсина через введенный в устройство электронный коммутатор, а измеритель выходной величины выполненв виде двигателя с датчикомего оборотов, механически связанного черезредуктор с ротором сельсина, и после-довательно включенных избирательногоусилителя, синхронного детектора,управляющий вход которого подключенк генератору, один выход которогосвязан с электронным коммутаторомчерез магнитоупругий преобразователь,а второй - с его входом непосредственно, триггера ВМитта, 3 - И триггера и счетчка, один вход которого свя"зан с выходом датчика оборотов, авторой вход - с единичным выходом- к триггера, этот же выход подключен к управляющему входу коммутатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9231177, кл. С 01 Ь 1/12, 1969.2, Авторское свидетельство СССР