Магнитоанизотропный датчик усилий

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. с присоединением заявки Ио -6 01 Е 1/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 150781 72) Автор изобретения П.П,Сизых 1 Заявите Тюменский индустриальный институт им. Ленинского. коМомола ГНИТОАНИЗОТРОПНЫЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ относится к силоизме ике и может найти приых весоиэмерительных льных злектромеханичес ансфор- предн злеконалях ны четы намоперпакетг, ости об 45 к. ластйны ы пакет к можномагнит- аправле- икулярти оди- пакечто напшению имого ки име- поряд- ейную Изобретениерительной технменение в точни силоиэмеритеких устройствах.Известен магнитоупругий трматорный датчик усилий сжатияставляющий собой пакет пластитротехнической стали, на диагкоторых симметрично расположере отверстия. Через отверстиятаны две независимые обмоткивичная - по одной диагоналивторичная - по другой. Плоскмоток расположены под угломнаправлению усилия сжатия. Псобирают таким образом, чтобв магнитном отношении был,каболее иэотропным, т.е. чтобыная проницаемость пакета в нниях, параллельном и перпендном сжатию была по возможноснакова. Для этого при сборкета пластины собираются так,равление-прокатки их по отнонаправлению действия измеряеусилия чередуется 1 .Такие магнитоупругие датчиют значительный гистерезиска 1,5-4 и существенно нелин,характеристику преобразования - порядка 1,5-2.Наиболее близким по техническойсущности является магнитоаннэотропный датчик, в котором со стороныторцовых плоскостей, к которым прилагается усилие, делаются пропилы,достигающие отверстий, в которые укладываются обмотки. После укладкивитков проволоки (путем свободнойнамотки, беэ использования челнока)пропи. в :ы заполняют порошком карбонильного железа, замешанного на клее 2 .Однако известное расположение 15 пропилов, пересекающих пути следования магнитных потоков в силовоспринимающих пластинах сердечника, состороны торцовых поверхностей, к.которым прилагается измеряемое усилие 20 уменьшает напрякеннуо зону попереч-ного сечения сердечника, что приводит к снижению его жесткости в направлении деформации сжатия. Это ухудшает точность измерения сил из-завлияния концентрации механическихнапряжений в наиболее нагруженнойзоне сердечника на линейность й гистерезис характеристики преобразова-.ния. Кроме того, концентрация напря-.30 жения вызывает пластические дефор5 10 15 20 25 ложения силы Р. мации материала сердечника при перегрузках, что ухудшает стабильность коэффициента преобразования.Цель изобретения - повышение точности измерения.Эта цель достигается тем, что отверстия выполнены в виде эллипса, большая ось которого перпендикулярна диагоналям пластин, а прорези выполнены в добавочных стальных пластинах в углах сердечника и направлены по диагоналям пластины, при этом максимальная ширина прорези выбрана равной длине большой оси.эллипса. На фиг.1 изображен датчик, общийвид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;на фиг,3 - разрез Б-Б на фиг,1.Датчик содержит сердечник из ани-.зотропных пакетов 1 пластин электротехнической стали и стальных добавочных пластин 2, изготовленных из материала с малым упругим гистерезисоми установленных между пакетами, ирасположенные взаимно перпендикулярнопервичную и вторичную обмотки. Напраьленные прокатки в пластинах изэлектротехнической стали одинаковоеи перпендикулярное линии действияизмеряемого усилия Р.Сердечник датчика снабжен двумяпарами гребней 3 и 4 расположеннымипопарно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Два гребня 3 выполнены с опорными поверхностями длявосприятия сжимающих сил Р, подлежащих измерению. Другие два гребня 4расположены вдоль оси, параллельнойнаправлению прокатки в пластинахэлектротехнической стали и проходящей через центр сердечника, и выполнены со сквозными отверстиями 5,необходимыми для размещения в нихболтов б, стягивающих силовоспринимающие пластины,С целью повышения точности засчет уменьшения гистерезиса, в данном датчике отношение длины к толщине стальной добавочной пластины равно не более 1 б и не менее 5, а суммарная толщина добавочных пластинсоставляет не менее половины толщины всех пакетов пластин из электротехнической стали.Центры четырех эллиптических отверстий 7 для первичной и вторичнойобмоток находятся в углах квадратасо стороной с . Каждоеотверстие вынесено в наименее напряженную зонусердечника, где действительные нормальные напряжения меньше среднихнапряжений ЬР в данном поперечномсечении. Для этого расстояние междуотверстиями выбрано больше величиныа2,4где а - сторона квадрата силовоспринимающей пластины, с такимрасчетом, чтобы центр и края каждого отверстия находились за пределами угла равномерного распределения силы 6 = 38.30Первичная обмотка расположена в одной диагональной плоскости сердечника и уложена в двух эллиптических отверстиях, малые оси которых лежат в плоскости обмотки, а большие оси перпендикулярны этой плоскости. Вторичная .обмотка расположена в другой диагональной плоскости сердечника и уложена в другой паре эллиптических отверстий, аналогично ориентированных относительно этой обмотки. Все стальные пластины 2 сердечника выполнены с четырьмя пустотелыми прорезями 8, расположенными в зонах наименьших механических напряжений, находящихся в углах сердечника. Каждая прорезь пересекает возможные пути следования соответствующих магнитныхпотоков, замыкающихся в добавочнойпластине, и пропилена от угла этой.пластины до края ближайшего эллиптического отверстия и расположена напродолжении диагонали квадрата, поуглам которого находятся отверстиядляобмоток,Расположение прорези в углах добавочной пластины, сжимаемой вдоль ее главной центральной оси инерции(нагрузочной оси), т,е. в наименеенапряженных зонах, практически неотражается на величине и характере распределения механических напряжений в наиболее нагруженной областипластины, определяемой углом 2 с: 77с вершиной в окрестности точки приПервичная обмотка питается переменным током постоянного напряжения и создает рабочий магнитный поток в сердечнике датчика.Благодаря наличию достаточно широких пустотелых .прорезей, увеличивающих сопротивление для прохождения магнитного потока в добавочных пластинах, магнитный поток практическивесь вытесняется в активную частьсердечника, образованную пластинамииз электротехнической стали, содержащими до 4-ов кремния для повышения удельного сопротивления. С ростом измеряемого усилия Р увеличиваются механические напряженияв силовоспринимающих пластинах сердечника, что изменяет величину магнитной проницаемости и вызывает увеличение тока в первичной обмотке. Однако благодаря наличию прорезей увеличению намагничивающей силы не приводит к существенному возрастанию индукции в добавочных пластинах и дополнительному прогреву датчика вихревыми токами в процессе измерения, что повышает точность измерения за счет снижения температурной погрешности,Формула изобретения Магнитоанизотропный датчик усилий, содержащий сердечник из анизотропных пакетов пластин электротехнической стали и добавочных стальных пластин, взаимно перпендикулярные первичную и вторичную обмотки, уложенные в отверстия сердечника, и прорези, выполненные от края сердечника до отверстия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измерения, отверстия выполнены в виде аллипса, большая ось которого перпендикулярна диагоналям пластин,а прорези выполнены в добавочныхстальных пластинах в углах сердечника и направлены по диагоналям пластины, при этом максимальная ширинапрорези выбрана равной длине большойоси эллипса. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Гуманюк М.Н. Магнитные датчикив автоматике. Киев, "Техника", 1972,10 с. 1232. Авторское свидетельство СССРР 24 б 128, кл. С 01 1/12, 29.02.68.. Составитель Н.Вовчукедактор Т.ПарФенова Техред А.Ач Корректо ан ка Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна 68/64 ВНИИ по 113035