Электромагнитный прибор

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 1151 511 ОПИОАИие изОБРЕтеН Д ВТОРИЧНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Ульяновский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР У 487352, кл. С 01 К 5/14, 1972,Аналоговые злектроизмерительные приборы./Под ред. А.А,Преображенского. - М,: Высшая школа, 1979, с.132, (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИБОР(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании электроизмерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих в условиях отсутствия внешних механических воздействий. Электромагнитный прибор содержит катушку возбуждения с полюсными наконечниками ввиде двух пар параллельнык пластин2-5, в зазоре между которыми закреплен вертикально установленный в керновык опорах 7 оси 8 поворотный ферромагнитный сердечник 9. Ось 8 имеетлыску с верхним ограничителем в видебуртика 10, на котором закрепленодин конец цилиндрической пружины 11.Другой ее конец закреплен на сердечнике 9, под которым размещена круглая ферромагнитная пластина 12 нарезьбовой втулке 13 из немагнитногаматериала, имеющей возможность смещения вместе с пластиной 12 вдольоси 8, Предлагаемый прибор имеет повышенную точность за счет получениялинейной зависимости вращающего момента от величины измеряемого сигнала при одновременном снижении момента трения. 5 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании электроизмерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих5в условиях отсутствия внешних механических воздействий.11 ель изобретения - повышение точности прибора эа счет получения линейной зависимости вращающего момента от величины измеряемого сигналапри одновременном снижении моментатрения,На фиг,1 изображен электромагнитный прибор, вид сверху; на фиг,2то же, спереди со стороны зазора:на Фиг,3 - узел 1 на фиг.2; на фиг4 -сечение А-А на фиг,З; на фиг,5 - видБ на фиг.З. 20Электромагнитный прибор содержиткатушку 1 возбуждения, полюсные наконечники: внутренний, образованныйпараллельными пластинами 2 и 3, ивнешний, образованчый параллельными 25пластинами 4 и 5, Пластины 2-5 образуют между собой общую долевую щель(зазор) 6, В зазоре 6 между пластинами 2-5 закреплен вертикально установленный в керновых опорах 7 оси 8 поворотный ферромагнитный сердечник 9,частично находящийся под пластинами2 и 3, частично под пластинами 4 и 5,замыкая магнитную цепь катушки 1, Наоси 8 в середине зазора 6 между пластинами полюс:ных наконечников выполненцилиндрический выступ (буртик) 10,Ферромагнитный сердечник закрепленна оси 8 ниже буртика 10 с помощьюнадетой на ось 8 между буртиком 10 40и сердечником 9, работающей на растяжение цилиндрической пружины 11,верхний торец которой прикреплен кбуртику 10, а нижний - к плоскостиФерромагнитного сердечника 9. Подферромагнитным сердечником 9 параллельно ему размещена круглая ферромагнитная пластина 12, установленнаяна нижнем полюсном наконечнике 3 спомощью резьбовой втулки 13 из немагнитного материала, ввернутой в плас 50тину 3 и имеющей возможность смещениявместе с пластиной 12 вдоль оси 8,На втулке 13 (Фиг,5) для возможностиповорота на нижнем торце сняты высту 55пы под ключ. Ось 8 в месте расположения буртика 10 выполнена сварной дляобеспечения возможности насадки Ферромагнитного сердечника 9 на участок оси 8 с продольным срезом (лыской)14 (Фиг,4), Б полости катушки 1 расположен магнитопровод 15,Электромагнитный прибор работаетследующим образом.При подаче тока в катушку 1 возбуждения ферромагнитный сердечник 9поворачивается в щелевом зазоре 6между полюсными наконечниками, перекрывая воздушный промежуток междувнутренним полюсным наконечником(пластины 2 и 3) и внешним (пластины4 и 5), при этом ось 8 поворачиваетсяв керновых опорах 7 по часовой стрелке (Фиг,1), а угол поворота пропорционален квадрату измеряемого тока,причем в известных приборах чувствительность по углу поворота остаетсяпрактически постоянной. В даннойконструкции при подаче измеряемоготока происходит намагничивание двухферромагнитных сердечников - поворотного 9 и регулировочной пластины12, между которыми возникают силыотталкивания, увеличивающиеся приувеличении измеряемого тока (пропорционально квадрату тока). За счетэтих сил одновременно с поворотомсердечника 9 происходит его подъемотносительно оси 8. При этом изменяется соотношение зазоров по высотемежду сердечником 9 и верхними инижними пластинами 2-5 полюсных наконечников, причем при смещении сердечника 9 в осевом направлении к середине зазора 6 между полюсными наконечниками магнитная проводимость системы, а следовательно, и чувствительность прибора падают. Параметры Ферромагнитной пластины 12 и Чердечника 9, смещение сердечника 9 и зазор между ним и пластичами 12 могут быть подобраны так, что изменение (уменьшение) чувствительности прибора в процессе поворота сердечника 9 пропорционально величине измеряемого тока. Таким образом, в конечном ито ге угол поворота сердечника 9 пропорционален измеряемому току в первой степени,Кроме того, эа счет взаимодействия сердечника 9 с пластиной 12 происходит подъем оси 8, а следовательно, и разгрузка керновых опор 7, позволяющая значительно снизить погрешность от момента трения, Параметры пластины 12 и зазор между ней и сердечником 9 регулируется так, чтобыпри максимальном значении измеряемого тока сила поднятия оси 8 достигла веса подвижной части прибора,Угол поворота д подвижной части электромагнитного прибора определяется выражением 1 г24 йо(1) где У - удельный противодействующиймомент;1 - ток н катушке 1;Ь - индуктивность катушки 1, зависящая от положения сердечника 9,.,Очевидно, что для изменения характера шкалы необходимо менять множиЖтель в , т,е, закон изменения индуктивности с изменением угла поворота д, сердечника 9, или, что одно и то же, - закон изменения магнитной проводимости прибора с изменением угла поворота. При непрофилированном сердечнике 9 (фиг,2) множитель ЙЬ/о д.25 постоянен, естественно, что при профилированном сердечнике добиться полной линейности шкалы с помощью данной конструкции еще проще. Для того, чтобы в выражении (1) угол поворота с- был пропорционален току 1, необходимо, чтобы Ж/Ы=К/1, где К - коэффициент пропорциональности. Как следует из принципа работы предлагаемого прибора, передаточная функция йЬ/йсоп ределяется произведением трех передаточных функций: ЙР/да, ЙЬ/ЙРу ЖЙ 6. Первая передаточная функция равна отношению силы Р взаимодействия (отталкивания), возникающей между ферромаг нитной пластиной 12 и сердечником 9 при подаче измеряемого тока Е. Как известно, эта сила пропорциональна квадрату тока АР/дд.=К 1 г . Вторая передаточная функция есть отношение 45 поднятия д ферромагнитного сердечника 9 к величине силы Р: при линейной характеристике пружины 11 эта передаточная функция постоянна и равна К2 Нетрудно найти, что третья передаточ ная функция ЙЬ/ДЬ должна быть равна К/Ы . При этом, учитывая, что= =КК 1 г, получим произведение трех передаточных функций, требуемого вида К/1. В этом случае характеристика 55 шкалы прибора линейная.Магнитная проводимость С магнитной системы электромагнитного прибора,которая (аналогично индуктивности) н электромагнитных приборах определяет чувствительность по углу поворота, определяется полной проводимостью воздушного зазора б величиной о между верхним и нижним полюсными наконечниками. При этом С=С 1+С где С - проводимость нижней части зазора б между нижним полюсным наконечником и сердеччиком 9; С - проводимость верхней части зазора между сердечником 9 и верхним полюсным наконечником. Как видно из фиг.2ККС =+ (2)д о - л11где К и К - постоянные, зависящие от магнитной проницаемости и площадей перекрытия верхних и нижних полюсных наконечников (так как при непрофилированном сердечнике 9 при увеличении с увеличение площади перекрытия пропорционально с, то С и соотнетстненнс Ь магнитной системы прямо пропорциональны д.). Решая (2) при К =К , получимКЕС = (3)д Ь-о)Чем ближе л к/2, тем ниже чувствительность, при 6 =о/2 чувствительность минимальна и равна 4 Е В, при ь -фО чувствительность стремится к бесконечности.Для получения линейной шкалы необходимо, чтобы передаточная функция ЙЬ/да=К/Д . Такая передаточная функция получается н случае, если С связано с л соотношением С=К/Ц, Но сравнивая соотношение (3) для данного прибора и предыдущее (идеальное) соотношение между С и л, увидим, что при изменениин пределах, например, от 3 до 7 мм, эти соотношения практически не отличаются, Такие соотношения и должны быть ныбраны в конструкции, В начальном положении (при д,=О, сердечник 9 н нижнем положении) ь =3 мм, при максимальном измеряемом сигнале, т,е, максимуме ы, сердечник 9 поднимается на полный рабочий ход пружины 11, равный 4 мм, и величина А становится равной 7 мм, вся величина 3 около 17 мм. Однако изменением профиля регулироночной пластины в сочетании с заданным профилем сердечника можно добиться практически любого характера шкалы прибора.1. 83.Далее выбирают силу взаимодействия между сердечником и пластиной такой, чтобы при максимальном значении измеряемого тока эта сила была равна весу подвижной части и полностьюразгружала керновые опоры, уменьшая погрешность от трения. Такая регулировка осуществляется начальным поворотом втулки 13, т.е. выбором зазора между сердечником и пластиной (это окончательная регулировка после сборки прибора), предварительно выбор заданной силы осуществляется при конструировании прибора подбором толщины и материала регулировочной пластины. И, наконец, подбираются параметры пружины с определенной продольной жесткостью.Эта жесткость должна быть именно такой, чтобы при силе 20 взаимодействия между пластинами, равной весу подвижной части, пружина позволяла бы подниматься сердечнику полностью на величину Ь, равную 7 мм, (при максимуме измеряемого сигнала). 25 В испытуемом приборе вес подвижной части примерно равен 2 г.Таким образом, предлагаемый электромагнитный прибор отличается высокой линейностью шкалы, малой погрешностью ЗО от момента трения в керновых опорах, а также воэможностью получения при необходимости различных довольно сложных функций измеряемого сигнала, Такой прибор целесообразно использо 35 вать в качестве контрольного, изолировав от продольных механических воз. действий, например, применением амортизации (возможна также настройка пружины на гашение колебаний).Формула иэ обре тенияЭлектромагнитный прибор, содержащий магнитопровод с катушкой возбуждения и полюсными наконечниками ввиде двух пар параллельных пластин, в зазоре между которыми размещен поворотный ферромагнитный сердечник на вертикальной оси с керновыми опорами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен круглой ферромагнитной пластиной с центральным отверстием, цилиндрической пружиной растяжения и немагнитной резьбовой втулкой, при этом ось выполнена с лыской с верхним ограничителем, расположенным в центре зазора между полюсными наконечниками, концы цилиндрической пружины закреплены соответственно на верхнем ограничителе лыски и на ферромагнитном сердечнике, форма осевого отверстия которого совпадает с внешней поверхностью оси с лыской, а круглая ферромагнитная пластина размещена параллельно ферромагнитному сердечнику на резьбовой втулке, которая расположена на оси, на нижнем полюсном наконечнике и выполненас возможностью осевого перемещения.деии кт з 1289 сн го койио 5 наб., д. шск нно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 роизв/40 Тираж 772 ВНИИПИ Государственнпо делам изобретен 13035, Москва, Ж, Р Поета СССРытий