Магнитоупругий датчик усилия

ОП ИСАНИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 861987ш К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. С 01 . 1/2 Ркударетаеннмй квиитвт СССР вв делам изобретена и втерыти(54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть "споль зовано в системах автоматическогоизмерения массы и усилий,Известен преобразователь, предназначенный для измерения усилия,содержащий пластины с обмотками,одним концом закрепленные в стойке 11.Этот преобразователь имеет низкую точность.Наиболее близким по техническойсущности является монолитный дифференциально-дроссельный преобразователь усилия с изгибаемым магнитопроводом (консольно нагружае.ый) С 23Преобразователь усилия представляет собой четыре параллельно расположенные стержня, объединенныеобщими замкнутыми ярмами в единыйэлемент. Один конец датчика защемлена к другому прилагается измеряемоеусилие в направлении, перпендикулярном продольной оси преобразователя и плоскости, в которой лежатпары смежных стержней. При этом вверхних стержнях возникают напряжения растяжения, а в нижних - сжатия.На всех четырех стержнях размещеныодинаковые обмотки,Недостатком этого датчика является его низкая чувствительность иточность измерения усилий, что объясняется распределением магнитных потоков.Целью изобретения является повышение точности.Эта цель достигается тем, что 15датчик снабжен упругим элементом,выполненным в виде тарельчатой пружины, и шпилькой, связывающей упругий элемент и корпус, а сам корпусвыполнен в виде цилиндра с прорезями, образующими ребра, причем обмотки размещены на паре ребер, расположенной в плоскости приложения усилия, а вторая пара ребер располо 8 б 9875 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На один торец корпуса уложена опорная шайба 10. Вторым торцом он поджат к вертикальной стойке 1, жестко закрепленной на горизонтальном основании 12. Дпя этого использована:стяжная шпилька 13, проходящая через преобразователь от стойки до его свободного конца, пропущенная через опорную шайбу 10. отверстие 14 в стойке 1, призму 15 и связывающая упругий элемент 16 (тарельчатую пружину) с преобразователем 1. Упругий элемент может быть расположен как по другую сторону стойки, так и на свободном конце преобразователя, на опоркой шайбе 10. На конец шпильки навинчивается гайка 17. На свободном конце шпильки 13 выполнен бортик 18, на который ложится опорная .шайба 10, а также серьга 19. с призмой 20 для приложения измеряемого усилия Р.Корпус 1 расположен на стойке 1 1 так что его два стержня 3 с обмотками 4 и 5 лежат в плоскости действия усилия (например, вертикальной), а два других стержня лежат в плоскости, перпендикулярной усилию (например, горизонтальной). Для защиты датчика от перегрузки используется упор 21. жена в плоскости, перпендикулярнойпервой, при этом шпилька пропущенавнутри цилиндра через отверстие, которое выполнено в стойке.На фиг. 1 показан предлагаемыйдагчик, общий вид; на фиг, 2 - егосхематическое изображение; на фиг.3 диаграмма разложения сил; на фиг,4и 5 - его измерительная схема "(вариайты),Датчик представляет собой корпус1, изготовленный иэ полого цилиндра,в стенке которого выполнены четыресимметрично расположенных окна 2,в результате чего датчик содержитчетыре параллельных стержня 3, расположенных симметрично его продольнойоси. На два стержня, лежащих в плоскости действия усилия, уложены обмотки 4 и 5. Обмотки навиты в одинаковую сторону и их начала, расположенныеу одного и того же торца цилиндра,подключены к одному иэ выходов источника питания б, а концы - к нагрузочным резисторам мостовой схемы 7 и 8,а между точками соединения обмотокс резисторами подключен измерительный прибор (вольтметр) 9. Устройство работает следующим образом.Посредством завинчивания гайки 17 создается усилие Р предварительного нагружения, стабильность которого обеспечивают упругие характеристики тарельчатой пружины б. При равенстве нулю измеряемого усилия Р усилие предварительного нанружения Рп имеющее неизменное значение, равномерно распределено по сечению всех четырех стержней 3. Обмотки 4 и 5 навиты на стержнях, лежащих в плоскости действия усилия, в одну и ту же сторону и их начала подключены к одному иэ выходов источника питания, а концы через нагрузочные резисторы подключены к его второму выходу. При включении источника питания магнитные потоки, наводимые катушками 4 и 5, оказываются направленными встречно и замыкаются по стержням, лежащим в горизонтальной плоскости.Когда измеряемое усилие Р О, сопротивления катушек датчика равны, равны и напряжения в точках соединения обмоток с иагрузочными резисторами, к котороым подключен вольтметр (см, фиг, 4).его показания соответствуют О.При Р 110 усилие сжатия стержня с обмоткой 4 оказывается равным разности Р-Р. Здесь Р+ - это усилие, возникающее вследствие разложения измеряемого усилия Р в конструкцьи силоизмерительного устройства и направленное соосно со стержнями магнитопровода, несущими обмотки 4 и 5, и соответственно Р разгружа+РЭ емого, Р- нагружаемого усилием. РПЛ- усйлне предварительного нагружения, приходящееся на один стерженьРяРпл игде И - количество стержней, междукоторыми распределяется усилие.В данном случае Ищ 4.Из схемы преобразователя и диаграм- мы разложения сил, приведенных на фиг. 2 и 3, можно видеть, что усилие Р, приложенное к серьге 19, воздействует на магнитоупругий преобразователь 1 через опорную шайбу 10 уже в виде усилия Р, причемЬРл=Р егде ь и- длина шпильки от стойкидо опорной шайбы и досерьги соответственно.Усилие Р 1 воздействует на два стержня преобразователя, лежащих в вертикальной плоскости, поэтому можно раздельно рассматривать две составляющие Р Р А, каждая из которых2 Ювзаимодействует со своим стержнем.Возможен другой вариант выполнения устройства, при котором обмоткинавиты на всех четных стержнях в одинаковом направлении и начала -обмоток 22 и 23, лежащих в плоскости, перпендикулярной усилив со стороны одного и того же ярма, соединены с одним из выходов источника питания и концы - с другим выходом,Обмотки 4 и 5, навитые на другой паре стержня, соединены встречно н их выход подключен к измерительному прибору 9.Это вариант дифференциально-трансформаторный в отличие от описанного выше дифференциально-дроссельного. Потоки, наводимые обмотками, размещенными на стержнях, лежащих в плоскости, перпендикулярной усилию, друг относительно друга направлены встречно и замыкаются ао стержням, лежащим в плоскости действия усилия.Под воздействием измеряемого усилия магнитное оонрстивлеиие одного из стержней, лежащих в плоскости действия усилия, возрастает, а другого убывает. Обратно пропорционально изменению магнитного сопротивления изменяются магнитные потоки, В.обмотках, размещенных иа этих стержнях, наводятся напряжения, щюпорциональные величинам потоков, а при их встречном включении напряжение на свободных концах обмоток, подключаемых к измерительному прибору(см.фиг. 5), окаэывается пропорциональным измеряемому усилию, Линеариэацщя выходной характеристики, уменьшение температурной погрешности,в данном варианте исполнения силоиэмерительного устройства происходит так же,61987 6как в описанном выше дифференциально-дроссельном вариантеПреимуществом дифференциальнотрансформаторного варианта(фиг, 5)является отсутствие гальваническойсвязи выходных цепей с источникомпитания, однако диФференциальнодроссельный вариант (фиг. 4) в некоторых режимах обеспечивает более 1 О высокую степень линеариэации выходной характеристики устройства.Данный датчик позволяет повыситьточность автоматического контролявеса изделий, автоматического учетагрузов, транспортируемых монорельсовыми транспортными системами.Формула изобретения20Магнитоупругий датчик усилия,содержащий корпус с прорезями и обмотками, с одного конца закрепленныйна стойке, а с другого снабженныйплощадкой для приложения усилия,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности, датчикснабжен упругим элементом, выполненньк в виде тарельчатой пружины, 30и шпилькой, связывающей упругий элемент и корпус, а сам корпус выполнен в виде цилиндра с прореэямн,образующими ребра, причем обмотки размещены на паре ребер, расположеннойв плоскости приложения усилия, а вторая пара ребер расположена в плоскости, перпендикулярной первой, приэтом апилька пропущена внутри ци"линдра через отверстие, которое выполнено в стойке.40Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе1. Гуманюк И,Н. Современное состояф 5 ние и перспективы развития магни- тоупругих преобразователей, ЦНИИТЭИприборостроения, 1977, с. 8,2. Гуманюк И.Н. Иагннтоупругиедатчики в автоматике. Киев, "Тех ника",. 1972, с. 107-12 (прототип).