Силоизмерительный датчик

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М, Кл. С О 1 1. 1/12 Геаудерствеккый кеиктет Опубликовано 15.03,83, Бюллетень10Дата опубликования описания 18.03.83 пф делен кэабретеккй и еткрытий(72) Авторы ,изобретения Киевский институт автоматики им. ХХЧ съевда .КПСС(54) СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении для создания аппаратуры контроля давлений, разности давлений, измерения малых усилий в нефтехимической, нефтеперераба- з тывающей, автотракторной и других отраслях народного хозяйства.Известен магнитоупругий преобразователь усилий, содержащий замкнутый магнитопровод в виде консольно установленного пакета пластин из магнитоупругого материала с промежуточным немагнитным слоем, снабженный прорезью для размещения измерительных обмоток. При этом немагнитный слой разделяет пластины с противопо" ложным знаком магнитострикции.Приложение к магнитопроводу усилия, направленного перпендикулярно плоскости пакета пластин и продольной оси преобразователя, вызывает его изгиб. При этом в пластинах на одной стороне пакета возникают напряжения 2сжатия, а на другой - растяжения, но изменение (приращение) намагниченности пластин вследствие противопо" ложных знаков их магнитострикции будет иметь один и тот же знак, а величина переменного тока, проходящего через катушку, охватывающую пакет пластин, изменится в определенной зависимости от деформации магнитопровода (например с изгибом вниз - возрастает, а с изгибом вверх - убывает).Поскольку усилия и соответствующие им деформации приводят при изгибе данного преобразователя к возникновению механических напряжений, пропорциональных изгибу, его чувствитель" ность тем выше, чем тоньше немагнитная прокладка, так как при уменьшении толщины прокладки увеличиваются механические напряжения в пластинах при том же усилии 1,11.Недостатками данного преобразователя являются его малая жесткость и780 4 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изо бретению является магнитоупругий преобразователь, содержащий замкнутый 25 магнитопровод, состоящий из двух магнитных контуров в виде двух параллельных пластин из материала с одинаковой магнитострикцией, снабженных прорезями для размещения измеритель- ЗО ных обмоток, хвостовик для защемления на одном конце, силопередающий элемент (опорная площадка) на другом конце, немагнитный материал, размещенный между пластинами и выполнен 35 ный в форме стоек, соединяющих пластины и расположенных по их контуру, при этом стойки приклеены к пластинам, а измерительные обмотки намотаны на каждой пластине в отдельности. Другой вид соединения стоек с пластинами без нарушения метрологических характеристик преобразователя в настоящее время не известен 2.Недостатками этой конструкции пре 45 образователя являются ограниченность измеряемого усилия и возможностей применения преобразователя, определяемая ненадежностью клеевого соединения немагнитных стоек с магнитострикционными пластинами в плоскости,5 О перпендикулярной усилию, особенно при работе в условиях вибраций, высоких температур (например при измерении давления масла в системе смазки двигателей трактора и автомобилей), и недостаточная точность работы преобразователя вследствие гистерезиса клеевого соединения и его "ползучесз 1 оо низкая точность преобразования, так как повышение жесткости и, соответственно, улучшение метрологических характеристик путем увеличения толщины немагнитной прокладки весьма ограни 5 цены, ибо чем большую часть усилия воспринимает эта прокладка, тем значительнее силовое шунтирование магни" тострикционных пластин, тем ниже точность, Кроме того, материалы с отри О цательной магнитострикцией по сравнению с материалами, обладающими положительной магнитострикцией, обеспечивают с ростом нагрузки значительно меньшее прирацение сигнала по мощнос ти и напряжению, имеют различные характеры нелинейности, что не позволяет получить линейные выходные характеристики преобразователя и исключить его температурные погрешности. 20 ти", ведущей к уходу нулевой точкихарактеристики.Цель изобретения - улучшение метрологических характеристик датчикаи расширение области его применения.Указанная цель достигается тем,что каждая пластина снабжена ребрамижесткости, расположенными по обестороны прорези и выполненными в виде пакета иэ материала пластины, изогнутого по линиям, параллельным продольной оси симметрии пластины, приэтом одни концы ребер жесткости защемлены в хвостовике, а другие - вопорной площадке,Выполнение ребра жесткости пластин в виде плотного пакета материала той же пластины, многократно изогнутого по линиям, параллельным осипластины (свернутых в плотную трубкулибо сложенных зигзагом) позволяетупрочнить конструкцию датчика безснижения его чувствительности, поскольку такая конструкция удовлетворяет одновременно условиям повышения механической прочности пластины за счет повышения момента инерции сечения с утолщением, соответствующим ребру жесткости, а с другой стороны при этом толщина пластины не увеличивается, поскольку ребро жесткости выполняется многократным изгибом в плотный пакет материала той же пластины без изменения его толщины. Магнитострикционные свойства пластины не изменяются, поэтому не изменяется чувствительность преобразователя. Поскольку жесткость пластин увеличена наличием ребер жесткости, а защемление концов пластин образует жесткую пространственную конструкцию, это обуславливает возможность исключения из конструкции немагнитных стоек и клеевого соединения стоек с пластинами, расширяя диапазон измеряемых усилий и исключая недостатки, присущие клеевому соединению: повышает надежность работы датчика в условиях вибрации и расширенного диапазона температур, а также повышает точность работы датчика за счет исключения гистереэиса клеевого соединения и, вследствие этого, уменьшает вариационную погрешность датчика, улучшая его метрологические характеристики.На фиг. 1 дан общий вид датчика с пластинами, многократно сложенными в виде полуцилиндров (или угольни10047 ков); на фиг. 2 - отдельная пластина, многократно сложенная в виде полуцилиндров (или угольников); на фиг, 3 - общий вид датчика с пластинами, свернутыми в рулон (трубку); на фиг. 4 - отдельная пластина, свитая в два рулона (трубки).Силоизмерительный датчик (фиг. 1 и 3) содержит два магнитных контура в виде пластин 1 и 2 из магнитострик- О ционного материала с одинаковым знаком магнитострикции, снабженных про 80 6ком магнитострикции, апри изгибе впластинах возникают напряжения различных знаков, то, например, в обмотках 6 ток убывает, а в обмот"ках 7 - возрастает. Суммирование этихсигналов производится посредствомизмерительного моста (не показан),в плечи которого включены обмотки 6и 7, а выходной сигнал снимается сдиагонали .моста,резями 3, хвостовик 4 на одном концепродольной оси преобразователя и опорки), 30 Датчик работает следующим образом.35 меряемое усилие Р преобразуется в напряжение растяжения верхней пластиную площадку 5, параллельную плоскости пластин, на другом конце оси,измерительные обмотки 6 и 7, пропущенные в прорези каждой пластины ивключенные в плечи измерительногомоста (не показан), На пластинах пообе стороны прорезей выполнены ребражесткости 8, образованные путем многократного складывания пластины зигзагом по линиям, параллельным. продольной оси магнитопровода в плотный пакет с последующим общим продольнымизгибом, придающим пакету вид полу"цилиндра (уголка) или же путем сворачивания пластин вплотнце рулоны (труб" При нагружении Датчика усилием Р, приложенным в направлении, перпендикулярном его продольной оси и плоскости опорной площадки 5, его верхняя пластина 1 растягивается, а нижняя 2 сжимается вследствие того, что пластины 1 и 2 защемлены в хвостовике 4 и опорной площадке 5. Все изны 1 и напряжение сжатия нижней плас. тины 2, так как других элементов,воспринимающих его, нет. Посколькуизмерительные обмотки 6 и 7 охватцвают каждую пластину 1 и 2,.изготовлены из материала с одинаковым зна 15 20 25 Формула изобретенияСилоизмерительный датчик, содер" жащий магнитоупругий преобразователь, выполненный в виде двух пластин из материала с одинаковым знаком магнитострикции, снабженных прорезями, измерительные обмотки, пропущеннце в прорези каждой пластины и включенные в плечи измерительного моста, хвостовик на одном конце продольной оси преобразователя и опорную площадку на другом конце оси преобразователя, параллельную плоскости пластин, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения метрологических характеристик датчика и расширениФ области его применения, каждая пластина снабжена ребрами жесткости, расположенными по обе стороны прорези и выполненными в виде пакета из материала пластины, изогнутого по линиям, параллельным продольной оси симмет" рии пластины, при этом одни концы ребер жесткости защемлены в хвосто" вике, а другие - в опорной площадке,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гуманюк М.Н. Магнитоупругиедатчики в автоматике. Киев. "Техни"ка", ,72, с. 108-112.2. Авторское свидетельство СССРМ 521479, кл. С 01 1. 1/12, 19751001780 оставитель Н. Вовчукехред Т. Фанта орректор Н. Король лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,дактор М. Келемказ 1868/1 Тираж 871 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий3035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. /5