Магнитоупругий датчик давления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 970151(22) Заявлено 010481 (21) 3267884/18-10 Р 11 М К з С 01 Ь 9/16 с присоединением заявки 1 Чо Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС "(54) МАГНИТОУПРУГИИ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЬМср 5 х 2 Я гтр Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля давления жидкостей преимущественно в гидроснстемах управления нажимными валками клетей прокатных станов,Известны магнитоупругие датчики давления, содержащие корпус, магнитопровод, выполненный в виде кольца с двумя консольными балками с выступами, расположенными в плоскости по его диаметру, на каждой из которых размещены намагничиваюшая и измерительная обмотки и мембрану, прижатую к кольцу магнитопровода и преобразующую измеряемое давление в усилие, передаваемое к выступам консольных балок (1).Однако в известном устройстве трение скольжения, возникающее при прогибе консольных магнитопроводов, ведет к увеличению случайной погрешности, погрешности гистереэиса и, следовательно, к общему понижению точности измерения давления.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является магнитострикционный датчик давления, содержащий магнитострикционный чувствителцьа элемент в виде пустотелого цилиндра, укрепленного на стойке из электропроводяшего материала.Стойка снабжена верхним и нижнимфланцами, к которым прикрепленчувствительный элемент. Внутри стойки имеется канал, сообщающийсяс входньм штуцером датчика. Снаружистойки расположены две клеммы, скоторыми соединены выходные проводадатчика. Изменение давления внутричувствительного элемента и снаружи(датчик разности давления) илитолько снаружи (датчик абсолютногодавления) создает вертикальный магнитострикционный эффект, вызывающийизменение индуктивности стойки,благодаря чему в ней изменяетсяток, который служит мерой контролируемого давления 2),20 Однако этот датчик характеризуется относительно низкой абсолютноймагнитоупругой чувствительностью.Действительно, изменение индуктивности токопроводящей стойки при25 постоянстве тока (1 = сопэс) можнопосле ряда преобразований определить10 гдедМ - изменение магнитной прбтрницаемости магнитоупругого материала трубы;Б - сечение трубы, участвующее в проведении магнитного потока; 5г- внутренний радиус трубы,Однако такой датчик являетсяпреобразователем дроссельного типа,для которого справедливо П = сопэти 1 = айаг при действии давления,Если материал трубы характеризуетсяположительной магнитострикцией и придействии внешнего давления в поверхностном слое трубы возникают сжимающие касательные напряжения, то маг- ,15нитная проницаемость снижается, аиндуктивность падает. Ток в электропроводящем стержне растет. Увеличивается напряженность магнитного поляна внутренней поверхности трубы,состояние которой характеризуется не1 = сопят, а У = сопз, 1 = чаг,т,е. изменение индуктивности, пропорциональное изменению потокосцепления, будет меньшим.Изложенное выше справедливо приотсутствии осевых усилий в поверхностном внутреннем слое трубы. Ихприсутствие еще в большей степениснижает абсолютную магнитоупругуючувствительность и линейность вы-З 0ходной характеристики устройства.Цель изобретения - увеличениеабсолютной магнитоупругой чувствительности и улучшение линейностивыходной характеристики, Э 5Укаэанная цель достигается тем,что в магнитоупругом датчике давления, содержащем заключенный в корпусе чувствительный элемент в видеполого магнитоупругого цилиндра с 40элементом намагничивания внутри,последний выполнен в виде сердечникас обмоткой, причем ось сердечника,совпадающая с осью обмотки, и осьцилиндра взаимно перпендикулярны 45и лежат в одной плоскости, а между.корпусом и наружной боковой поверхностью цилиндра выполнена полость,сообщенная с измеряемой средой.Кроме того, чувствительный элемент датчика может быть выполненв виде двух вложенных один в другой полых цилиндров, причем наружныйцилиндр выполнен из немагнитногоматериала, а внутренний - из магнитоупругого,55Магнитный поток фс внутреннегомагнитопровода в местах стыка с трубчатым чувствительньм элементом разветвляется в нем на два потокаФтсовпадающих по направлению с тайгенциальными сжимающими напряжениямив поверхностном внутреннем слоецилиндрического чувствительного элемента, вОзникающими вследствие воздействия давления только на его Ь 5 внешнюю боковую поверхность (осевыеусилия исключены). Тогда изменениеиндуктивности обмотки, охватывающейв предлагаемом устройстве внутренниймагнитопровод и содержащий для сравнения с известным только один виток(при 1 = сопз), определяют послеряда преобразований, использующихизвестные зависимости, следующимобразом: Проведя сопоставительный анализ изменения индуктивности в известном и предлагаемом магнитоупругих датчиках давления, получаем, что абсолютная магнитоупругая чувствительность предлагаемого датчика в 4 разавыше чувствительности известного.На фиг.1 изображен магнитоупругийдатчик давления, продольное сечение;на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; нафиг.З - вариант выполнения датчика.Магнитоупругий датчик давлениясостоит из чувствительного элемента1 в виде толстостенной трубы цилиндрической формы, выполненной из магнитоупругого материала, катушки 2 с обмотками и преимущественно двухполюсньм магнитопроводом 3 из маг-. нитомягкого материала. Выводы обмоток подключены к разъему 4, через который происходит подвод питания и съем сигнала. Между корпусом 5 датчика и внешней боковой поверхностьючувствительного элемента 1 находится полость 6, соединяемая с иэмеряемой средой.4Внутренний магнитопровод можетбыть и многополюсньм, однако в этом случае резко возрастает влияние воздушных зазоров.Чувствительный элемент 1 может быть изготовлен из немагнитного материала. В этом варианте выполчения (фиг.2) имеется кольцевая вставка 7 из магнитоупругого материала, что позволяет соответствующим выбором толщины и ширины материала активно влиять на чувствительность датчика.Магнитоупругий датчик давления работает следующим образом.При подключении намагничивающей обмотки датчика к источнику переменного тока в магнитопроводе, состоящем из внутреннего магнитопровода и цилиндрического чувствительного элемента, возникает магнитный поток. Магнитный поток внутреннего магнитопрввода разветвляется в цилиндрическом чувствительном элементе на две (фиг.1) или более параллельные ветви (при другом числе полюсов внутреннего магнитопровода). Потоки в трубе сосредоточены в достаточно. дФндм Вдъм дФс ьб- ь 6где щ- число витков измерительной10 обмотки. 15 Формула изобретения дфс = Н афти где Ьф и 6 ф - изменения магнитногопотока во внутреннеммагнитопроводе и водной из параллельныхветвей потока в трубчатом чувствительномэлементе соответст- ,30венно;п - число параллельныхветвей потока вчувствительном эле-менте. 35 При дроссельном варианте выполнения датчика (при одной обмотке) по изменению тока в обмотке магнитоупругого датчика давления, обуслов ленному изменением ее индуктивности, судят о величине измеряемого давления.При трансформаторном варианте выполнения датчика (при двух обмот ках) о величине измеряемого давления судят по наведенной в измерительной обмотке ЭДС, пропорциональной потокосцеплению измерительной обмотки, При этом варианте абсолютная чувст вительность датчика тем больше, чем тонком поверхностном слое, толщинакоторого определяется физическимисвойствами выбранного магнитоупругого материала и величинами механических напряжений в этом слое. Привоздействии измеряемой среды толькона внешнюю боковую поверхность цилиндра во внутреннем поверхностномслое трубы возникают сжимающие касательные напряжения, приводящиепри положительной магнитострикцииматериала трубы к снижению магнитнойпроницаемости материала, магнитнойиндукции во внутреннем слое трубы имагнитного потока в работающем сечении трубы. Изменение (снижение)магнитного потока в каждой из параллельных ветвей магнитной цепиобусловливает соответствующие изменения магнитного потока во внутреннем магнитопроводе больше при одном и том же изменении механического касательного напряжения Ьб изменение потокосцепления измерительной обмотки ЬЧиЬм Ожидаемый годовой экономическийэффект от внедрения датчика в АСУ ТПпрокатки по одному стану составиториентировочно 250 тыс.руб. 1. Магнитоупругий датчик давления, содержащий заключенный в корпусчувствительный элемент в виде полого магнитоупругого цилиндра с элементом намагничивания внутри, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и улучшения линейности выходной характеристики, элемент намагничивания в нем выполнен в виде сердечника с обмоткой, причем ось сердечника, совпадающая с осью обмотки, и ось цилиндра взаимно перпендикулярны и лежат в одной плоскости, а между корпусом и наружной боковой поверхностью цилиндра выполнена полость, сообщенная с измеряемой средой.2. Датчик по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что чувствительный элемент в нем выполнен в виде двух вложенных один в другой полых цилиндров, причем наружный цилиндр выполнен из немагнитного материала, а внутренний - из магнитоупругого. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.303 лиал ППППатент , г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 887ПИ Государствео делам иэобреМосква, Ж,ф Подписноого комитета СССРний и открытийадская наб., д. 4/5