Магнитоупругий датчик усилий

(22) Заявлено 01,03.78 (21) 2584823/18-10 с присоединением заявки РЙ Государственный комитет(23)Грноритет по аелам изобретений и открытий(53) УДК 531. .787 (088.8 ) Дата опубликования описания 16.05.80(71) Заявитель Киевский институт автоматики имени ХХУ съезда КПСС(54) МАГНИТОУПРУГИИ ДАТЧИК УСИЛИЙ 1Изобретение относится к конструкциисилоизмерительных датчиков, принцип .действия которых основан на явлении магнитной упругости, и может бьггь исполь" зовано в системах автоматического контроля и регулирования преимущественно больших усилий.1Благодаря своей простоте, надежности и хорошей работоспособности в тяжелых производственных условиях, например10 в литейных и прокатных цехах, магнитоупругие датчики нашли широкое распостранение. Известен магнитоупругий датчик, маг.15 нитопровод которого, воспринимающий часть измеряемой нагрузки, запрессован в стальной корпус 111 . Магнитопровод этого датчика собран из пластин электротехнической стали. Ввиду различия температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и магнито- провода при колебаниях температуры значительно возрастает температурная пог 2решность датчика, что отрицательно сказывается на точности измерения,Известей магнитоупругий датчик дляизмерения давления металла на валки прокатного стана 21, содержащий магнитопровод с обмотками и силовой шунт, выполненный в виде массивного корпуса, вкотором размещен магнитопровод. Корпусимеет основание и крышку. Кроме того,датчик снабжен двумя металлическимипластинами, твердость материала которых.превышает твердость материалов магнитопровода и корпуса, причем одна из нихрасположена между основанием корпусаи торцом магнитопровода, а другая - между крышкой корпуса и другим торцом маги итопров ода.Под воздействием нагрузки магнитопровод и шунт подвергаются деформации.При этом о величине нагрузки судят поэлектрическому сигналу, соответствующему деформации, так как последняя вызывает изменение намагниченности магнитопровода датчика.3 7345чтя уменьшения погрешности измерения путем обеспечения линейности выходной характеристики и повышения чувствительности необходимо уменьшить механические напряжения в силовом шунте, например, за счет увеличения его габаритов. Увеличение габаритов, в свою очередь, служит также источником погрешности измерения.Наиболее близким по технической сущ- о ности к предлагаемому устройству явля-ется динамометр 31, который содержит корпус,упругийэлемент,магнитоупру 1 ий датчик и нажимной регулировочный винт, а также шток с фланцем свободно опирающимся " на корпус и имеющем в средней части продольный разрез, в котором расположен упругий элемент, опирающийся на корпус через цилиндрические опоры. Магнитоупго ругий датчик прижимают к упругому элементу нажимным регупировочным винтом с с максимальным измеряемым усилием.При приложении измеряемого усилия к корпусу его деформация вызывает деформацию предварительно поджатого упругого элемента, которую воспринимает магнитоупругий датчик. Изменепи чувствительности динамометра обеспечивает в каждом конкретном случаезо подбором упругого элемента и датчика,Этому динамометру свойственны следующие недостатки. Ввиду того, что измеряемое усилие прикладывают к ттериферийной части корпуса, для измерения35 больших усилий необходимо увеличить габариты датчика. Наряду с этим, центральная часть корпуса испытывает неодинаковую деформацию в диаметральном направлении, уменьшающуюся от периферии к центру, поскольку измеряемое усилие воспринимает только фланец корпуса, что обуславливает зависимость величины и расположения зоны контакта фланца штока с корпусом от измеряемо 45го усилия - при возрастании усилия величина контактной зоны уменьшается и смещается к центру, Вследствие этого увеличивается нелинейность выходной характеристики динамометра, Кроме то 0 го, наличие повышенной концентрации механических напряжений в местах цилиндрических опор корпуса с упругим элементом, возможность изгибных напряжений в упругом элементе вызывают не 55 стабильность показаний литтамометра. Использование регупировочцого винта для нагружения магнитоутцугого датчика не обеспечит стабильности и точности 13 4этого нагружения, поскольку наиболыпаярабочая деформация магнитоупругих чувствительных элементов обычно не превышает О, О 5-0, 1 мм, что значительноменьше шага существующих силовых резьби соизмеримо с люфтом в винтовой паре.Целью изобретения является расширение пределов измерения и повышениеточности измерения больших усилий.Это достигается тем, что в предла, гаемом датчике магнитопровод с обмотками расположен внутри упругого элемента, установленного при помощи фланца в корпусе с зазором к одной торцовой поверхности корпуса, заподлицо сс другой торцовой поверхностью которого в упругом элементе установлен магниопровод, причем жесткость упругогоэлемента меньше жесткости магнитопровода.На фиг. 1, 2 изображены примеры конструктивного выполнения предлагаемогодатчика,Магнитоупругий датчик имеет массивный корпус 1, являющийся силовым шунтом, внутри которого вдоль оси расположены магнитопровод 2 с обмотками3 й упругий элемент 4.Конструктивное .исполнение магнитопровода и упругого элемента может бытьразнообразным.На фиг. 1 изображен датчик, имеющий магнитопровод и упругий элемент,причем магнитопровод установлен соосно на внутренней торцовой поверхностиупругого элемента, который при помощифланца свободно расположен на внутренней проточке корпуса с зазором междудном и торцовой поверхностью последнего.На фиг. 2 изображен датчик, магнитопровод которого аналогичен изображенному на фиг. 1, а упругий элемент выполнен в виде дисковой мембраны 5,на которой установлен магнитопровод собмотками, Мембрана, расположенная вкорпусе с зазором относительно еговнутренней поверхности, опирается настойку 6, основание которой находитсяв одной плоскости с торцовой поверхнос- .тью корпуса,Магнитоупругий датчик работает следующим образом. Усилие, приложенное к нему, вызывает деформацию корпуса 1 и расположенных внутри него магнцтопрьвода 2 и упругого элемента 4, При этом магнитопровод и упругий элемент, образующие делитель деформаций, осттри734 нимают только часть усилия, так какнагрузка распределяется между корпусомсиловым шунтом и последними пропорциально площади их поперечного сечения. Кроме того, так как жесткостьупругого элемента 4 меньше жесткостимагнитопровода 2, механические напряжения, а, соответственно, и деформации,возникающие под воздействием измеряемого усилия, в магнитопроводе меньше,чем в упругом элементе. Деформациямагнитопровода 2 приводит к появлениюэлектрического сигнала в обмотке 3,по величине которого определяют измеряемое усилие,Использование предлагаемого датчикав системах аВтоматического контроляи регулйрования больших усилий, возникающих, например, при взвешиванииметалла в процессе его разливки илипри его прокатке, благодаря повышениюточности измерения обеспечит эффективность контроля, и , соответственно, повышение качества конечного продукта. 513 6 фон мула изобретен ия Магнитоупругий датчик усилий, содержащий корпус, магнитопровод с обмоткамии упругий элемент, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, магнитопровод с обмотками расположен внутри упругогоэлемента, установленного при помощи 10 фланца в корпусе с зазором к одной торцовой поверхности корпуса; заподлицос другой торцовой поверхностью которогов упругом элементе установлен магнитопровод, причем жесткость упругого эле-мента меньше жесткости магнитопровода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шевченко Г. И. "Магнитоанизотропные датчики," Энергия, 1967.20 2, Авторское свидетельство СССРМ 297881кл. Я 01 1., 112 ю 1970 ф3. Авторское свидетельство СССРСоставитель Н. ВовчукРедактор И, Шубина Техред Н. Бабурка Корректор А. ГриценкоюФ ею ее яче тщетами мфю гиЗаказ 23,55/47 Тираж 1019 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, Ж, Раушская наб. д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород ул. Проектная, 4