Функциональный преобразователь силы

Союз Советскнк оциалистическм О П ИЗ Е Н 7879 Реслубл ОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 280978 (21) 266904 исоединением заявки Йо сударственный комитет СССР о делам изобретений и открытий) УДК 531. 78 (088.8) ата опубликов я описания 15.12.80 72) Авторы изобретен Авербух и В. Ф. Могильча Свердловское отделение Орден государственного прое Проектмонтажого Знамен Трудового Кра ного институт втоматика 71 Заявите(54) ФУНК ЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Ы снабнныизмеными 2 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении усилий.Известен Функциональный преобразователь силы, содержащий магнитоуп ругий датчик силы, усилитель и измерительную схему (1.Однако данный преобразователь не позволяет получать различные функциональные зависимости. 0Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является Функциональный преобразователь силы, содержащий магнитоупругий датчик силы, соединенный с источником питания и 15 измерительной схемой, и индикаторныйприбор 2).К недостаткам этого преобразователя силы относится ограниченная функциональная воэможность. 2 ОЦель изобретения - расширение функциональных возможностей.Укаэанная цель достигается эа счет того, что в него введены две дифференциально включенные обмотки воз буждения датчика силы, двигатель, регулируемый делитель напряжения с подвижным контактом и усилитель, включенный на выходе датчика силы, при этом двигатель подключен к выходу 30 усилителя, плечи регулируемого делителя напряжения соединены с обмотками возбуждения датчика силы, а подвижный контакт - с двигателем.На фиг. 1 изображена электрическа схема предлагаемого функционального преобразователя силы на фиг. 2 конструкция магнитоупругого датчика силы; на фиг. 3 и 4 - распределение магнитных потоков в магнитоупругом датчике силы беэ нагрузки и с нагруз кой, соответственно.Магнитоупругий датчик 1 силы жен двумя дифференциально включе ми обмотками 2, 3 возбуждения и рительной обмоткой 4, расположен на магнитопроводе 5Источник 6 питания содержит фазочувствительный усилитель 7, реверсив ный двигатель 8 со статорными обмотками 9 10 и фазосдвигающим конденсатором 11 и регулируемый делитель 1 напряжения, включающий сопротивление 13 и подвижный контакт 14. Выход усилителя 7 подключен к статорной обмстке 9 двигателя 8, вал ротора (не показан) которого через редуктор 15 соединен с подвижным контактом 14. Резисторы 12, 13 подключены к питающим выводам 16 источника б питания.Измерительная схема 17 предназначена для индикации результата измерения силы и получения сигнала, функционально связанного с преобРазуемой силой. В состав измерительной схемы входят стрелка 18 и шкала 19, отградуированная в единицах измеряемой силы, и преобразователь 20 углового положения в необходимую физическую величину, например цифровой код. Ось стрелки 18 измерительной схемы 17 через редуктор 15 механически соединена с валом 1 ф двигателя 8 источника 6 питания. Об" мотки 2, 3 возбуждения датчика 1 силы выводами 21, 22 и 23 соединены с плечами управляющего делителя источника питания. Выход магнитоупру гого датчика силы - выводы 24 и 25- через частотный фильтр 26 соединен со входом усилителя 7 и землей 27.Конструктивно датчик 1 силы выполнен, например, так, как изображено на фиг. 2Он состоит из магнитопровода 5, выполненного на ферромагнитного материала с неравным нулю коэффициентом магнитострикции, В магнитопроводе 5 выполнены три пары отверстий 28, 29 и 30, в которые уложены обмотки, В отверстия 28 и 29 уложены соответст 11 енно вертикальная и горизонтальная обмотки возбуждения магнитного потока, а в отверстия 30 - измерительная обмотка. Обмотки возбужде- ЗО ния расположены одна в плоскости линии действия силы, приложенной к чувствительному элементу, другая - перпендикулярно ей. Измерительная обмотка расположена под углом 450 к 35 обеим обмоткам возбуждения.Функциональный преобразователь силы работает следующим образом.В основе работы преобразователя лежит эффект искажения конФигурации 40 магнитного поля в чувствительном элементе датчика силы под действием приложенной к нему силы. На фиг. 3 изображено примерное распределение магнитно-силовых линий в иэотропном магнитопроводе ненагруженного датчика силы при одинаковых питающих напряжениях на обмотках 2 и 3 возбуждения и одинаковых числах витков этих обмоток. Направление токов в проводниках обмоток обозначено крестиками для тока, направленного от наблюдателя перпендикулярно плоскости чертежа, и точками для тока, направленного к наблюдателю. Как видно на Фиг, 3, магнитно-силовые линии не пересекают контур, охваченный измерительной обмоткой 4; уложенной в отверстия 30, и соответственно в ней не наводится электродвижущей силы взаимоиндукции. Такой результат обеспечивается диффе- Щ ренциальным включением обмоток возбуждения относительно создаваемых ими магнитных потоков, пересекающих контур, охваченный измерительной обмоткой 4. Как известно, электродви- у ущая сила вэаимоиндукции в контуре обусловлена изменениями составляющей вектора магнитной индукции, перпендикулярного поверхности, охваченной контуром. При дифференциальном включении обмоток возбуждения эти составляющие направлены в разные стороны и взаимно компенсируются.Для примера на фиг. 3 на линии а-а, направленной перпендикулярно плоскости, в которой расположена обмотка возбуждения, обозначено направление вектора магнитной индукции В создаваемого вертикальной обмоткой возбуждения, и вектора В - от горизонтальной, Эти векторы, как видно на фиг. 3, равны по величине и противоположно направлены. Под действием силы 9 , приложенной к чувствительному элементу датчика силы, его магнитная проницаЕмость изменяется, в частности для электротехнической стали, например, магнитная проницаемость вдоль направления сжимающих усилий уменьшается. В результате нарушается иэотропность магнитных свойств чувствительного элемента и создаются направления предпочтительного намагничивания, в частности в горизонталь- ном направлении. Как видно на Фиг. 4, часть магнитно-силовых линий начинает пересекать контур, ограниченный измерительной обмоткой 4, что обуславливает появление в ней электродвижущей силы, величина которой зависит от силы 9 , приложенной к датчику. Величина этой электродвижущей силы зависит, кроме того, от разности напряжений между обмотками 2 и 3 возбуждения. При ненагруженном датчике 1 силы напряжение на выводах 24 и 25 измерительной обмотки 4 равно нулю, Напряжение на входе усилителя 7 также равно нулю. Подвижный контакт 14 потенциометра находится в начальном положении, при котором напряжения на плечах делителя 12 равны, Соответственно равНы напряжения на обмотках 2 и 3 возбуждения датчика 1 силы. Стрелка 18 установлена против нулевого деления шкалы 19 измерительной схемы.При нагружении датчика 1 силой 9 на его измерительной обмотке появляется напряжение, пропорциональное величине этой силы. Это напряжение поступает через Фильтр 26 на вход фаэочувствительного усилителя 7. Фильтр 26 предназначен для выделения первой гармонии из выходного напряжения датчика силы, что улучшает форму сигнала на входе усилителя 7 и обеспечивает правильную работу двигателя 8. Усиленный по величине и мощности выходной сигнал датчика силы поступает на статорную обмотку 9 двигателя. Его ротор начинает вращаться и через резистор 15 перемещает подвижный контакт 14. Направление вращения выход787915 Формула изобретения 1 б 16 ного вала редуктора 15 выбрано таким, чтобы при этом напряжение на обмотке 2 возбуждения уменьшалось, а на обмотке 3 увеличиэалось. В результате появляется разностное напряжение на обмотках 2 и 3 возбуждения. Эта разность вызывает смещение нулевого урбвня на измерительной обмотке 4 датчика 1 силы. Знак этого смещения противоположен знаку напряжения на измерительной обмотке, обусловленного действием на датчик 1 силы Я . Процесс продолжается до тех пор, пока на измерительной обмотке 4 вновь не установится нулевой сигнал. При этом стрелка 18 индикаторного устройства, через редуктор 15 механически связан ная с валом ротора реверсивного двигателя и подвижным контактом 14, устанавливается в положение, соответствующее силе Я . Если сила Ц начинает уменьшаться, то на выходе датчика 1 силы появляется напряжение, фаза которого на 180 б отличается от фазы этого напряжения при увеличении силы Я Двигатель начинает вращаться в противоположную сторону до тех пор, пока на измерительной обмотке датчика силы вновь не устанавливается нулевое напряжениеПри этом стрелка индикаторного устройства устанавливается в новое положение, соответствующее новому значению силы Э ЗОВ процессе вращения оси стрелки 18 изменяется входной сигнал механически связанного с ней преобразователя углового положения вала в цифровой код, который используется для пе"редачи, например, в цифровую вычислительную машину или для дистанционнОйпередачи информации. функциональный преобразователь силы, содержащий магнитоупругий датчик силы, соединенный с источником питания и измерительной схемой, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены две дифференциально включенные обмотки возбуждения датчи ка силы, двигатель, регулируемый делитель напряжения с подвижным контактом и усилитель, включенный на выходе датчика силы, при этом двига" тель подключен к выходу усилителя, плечи регулируемого делителя напряжения соединены с обмотками возбуждения датчика силы, а подвижный контакт - с двигателем. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СМА 9 3540271, кл. 73143, опублик. 17.11,70.2. Авторское свидетельство СССРР 603858, кл. О 01 Ь 1/08, 14.03.781 прототип) .787915 г Фиест Составитель А.Новиков Техред М, Кузьма Корректор О.Б Редактор М.Келемеш каэ 8338/4 илиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектн Тираж 1019 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Р