Магнитоупругий датчик усилий

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистичаских Республик(22) Заявлено 04.1279 (21) 287505 З/18 10с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Р 1 М Кз 6 О 11/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150781) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ зобретения - о твенного преоб Цель епосред ия в кспечениезования усиз отя Обмотк источни ем ампли а такой,Изобретение относится к измерениям неэлектрических величин электри.ческими методами, точнее к магнитоупругим датчикам с иэгибаемым магнитопроводом и может быть использованодля преобразования усилий в цифровыхсистемах, в частности, для контроляусилий на органах управления в цифровых тренажерах.Известны магнитоупругие датчикиусилий, содержащие магнитопровод,выполненный из изолированных другдруга пластин, обмотку возбуждении измерительную обмотку 11,Недостатками подобных устройствявляются аналоговый выходной сигнали плохие метрологические характеристики.Наиболее близким к изобретениютехническим решением является магнитоупругий датчик усилий, содержащиймагнитопровод в виде консольно установленного пакета пластин из магнитострикционного материала и измерительную обмотку Г 21 .Однако указанный преобразовательимеет аналоговый выходной сигнал,что существенно усложняет его использование в дискретных системах контроля и регулирования,л од.Поставленная цель достигается тем, 5 что пластины пакета магнитопроводавыполнены разной толщины из материалов с прямоугольной петлей гистере"зиса и изолированы друг от друга,при этом сопротивления изгибу плас тин равны.На фиг.1 показан магнитопровод беобмоток, общий вид; на фиг,2 - разреэ датчика; на фиг,З - эпюры, поясняющие работу датчика15 Датчик механических усилий содержит магнитопровод 1 в виде консольной балки, выполненный из пластин 2, равного сопротивления изгибу,переменных по толщине и изолирован ных друг от друга немагнитным слоем3. Пластины выполнены иэ магнитострикционного материала с ППГ. На магнитопроводе выполнены обмотка 4 возбуждения и измерительная обмотка 5.25 Датчик работает следующим образом.а 4 возбуждения подключенак ку переменного тока, прич туда переменного тока выбра н чтобы в отсутствии входного сигнала перемагничивание пластин отсутствовало.При нагружении магнитопровода усилием Р в пластинах 2 возникают напряжения, зависящие от толщины пластин. Максимальные напряжениямиц в пластинах обратно пропорциональны их толщинам, Так как пластины 2 выполнены равного сопротивления изгибу (трапецеидальной формы), напряжение по длине пластины постоянно. Под действием механических напряжений изменяется коэрцитивная сила Нс материала пластин, причем изменение Нс, пропорционально изменениюбдх (1= 1,2-номер пластины), Таким образом, при определенном напряжении возможно перемагничивание пластин при неизменной амплитуде внешнего магнитного поляПри положительной магнитоупругой константе в растянутых слоях коэрцитивная сила возрастает, а в сжатых - уменьшается. Гри напряжении в пластинеЬ,ох 33 и коэрцитивная сила уменьшается настолько, что происходит переглагничивание сжатых слоев пластины. Вследствие различия напряжений, возникающих в пластинах, коэрцитивная сила Нс пластин будет различной, поэтому леремагничивание будет происходить дискретно, по мере нарастания переменного тока 1 в обмотке 4 возбуждения, Прц перемагцичивании отдельной пластины в измерительной обмотке 5 находится импульс напряжения. При увеличении усилия Р увеличивается количество пластин, напряжения в которых больше или равны Ьп, и следовательно, увеличивается число выходных импульсов Оых (фиг.З), Таким образом, количество выходных импульсов пропорционально количеству перемагцичецных пластин и соответственно усилию Р, Датчик позволяет измерять усилйя обоих знаковТолщина пластин и материал выбирается в зависимости от требуемого шага квантования измеряемого усилия Р. Требуемая толщина пластин опрецеляется из условий: при каждом шаге квантования измеряемого усилия Р должна быть 1 "новая" пластина, нормальные напряжения в которой будут 6 6 п; при максимальной величине измеряемого усилия Р нормальные напряжения во всех пластинах должны бытьи 6Гйи,где Яи - допускаемое напряжениепластин при изгибе;бп - напряжение при которомпроисходит перемагничивание пластин.В экспериментальных исследованияхдатчика используются пермоллои различных составов. Наилучшие результаты получаются при применении сплава 1. 65 НП, который характеризуется высокой прямоугольностью петли гистерезиса (кп= 0,90 - 0,98)и достаточнойчувствительностью к механическимвоздействиям.2 О Настоящее. изобретение имеет простую конструкцию, а кодоимпульсцыйвыходной сигнал позволяет использовать его в цифровых контролирующихсистемах,Формула изобретенияМагнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод, выполненныйв виде консольно закрепленного пакета пластин, на котором размещены обмотки, о т л ич а ю щ и .й с я тем,что, с целью обеспечения непосредственного преобразования усилия в код, ЗБ пластины пакета магнитопровода выполнены разной толщины из материаловс прямоугольной петлей гистерезиса иизолированы друг от друга, при этомсопротивления изгибу пластин равны, 40 Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1, Агейкин Д,И. и др, Датчикиконтроля и регулирования. М "Машиностроение", 1965, с. 85-90.2. Гуманюк М.Н, и др. Современноесостояние и перспективы развитиямагнитоупругих преобразователей, М,Парфенова да акаэ 54 Тираж 9.07 ВНИИПЙ Государственного комитета С по делам иэобретений и открытий 5, Москва, Ж, Раушская наб., д.