Магнитоупругий датчик усилий

п 11552528 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских т оциапистическихГосудерственнын комит Совете Министров СССРпо делам изобретенийи открытий.77, Бюллетень12 публикован та опубликования описания 26.04,7771) Заявитель 4) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИ Изобретение относится к измерительной технике, в частности к функциональным схемам магнитоупругих силоизмерителей, используемых преимущественно в весоизмерительной аппаратуре.В настоящее время в весоизмерительной аппаратуре применяются магнитоупругие силоизмерители самого различного конструктивного исполнения. Но в любом случае магнитоупругий датчик усилий содержит магнитопровод, имеющий звенья, которые изменяют свои характеристики благодаря магнитоупругому эффекту, а также измерительную и на маги ичивающую обмотки, причем последняя подключена в цепь источника питания. Последовательно в цепь измерительной обмотки включен регистрирующий прибор 11.Однако такие магнитоупругие силоизмерители не обеспечивают высокой точности измерений, что обусловлено нелинейностью выходных характеристик.В известном силоизмерительном датчике 2 улучшена линейность за счет сужения рабочего диапазона датчика путем предварительного нагружения его на 30 - 50% от всего рабочего диапазона с помощью зажимной скобы. Поскольку в этом случае используется только часть нелинейной характеристики, то относительная величина погрешности от нелинейности падает. Однако из-за сужения рабочего диапазона пропорционально увеличиваются другие составляющие погрешности, например, температурная, связанная с колебаниями параметров источника питания или 5 гистерезисом,Линейность характеристики существенноповышается и за счет введения в магнитную цепь датчика воздушного зазора определенной величины 31, В этом случае магнитное 0 сопротивление цепи представляет собой сумму нелинейного сопротивления ферромагнитного участка и большого линейного сопротивления воздушного зазора. Однако с улучшением линейности резко снижается чувстви тельность и увеличиваются другие составляющие погрешности датчика,Наиболее близким решением к изобретению по достигаемому результату является 20 решение, заключающееся в повышении частоты тока намагничивания и выделении одной из гармонических составляющих сигнала датчика с помощью известных средств 41. При этом некоторого повышения линейности мож но достичь только на первой гармонике, которая составляет 60 - 80%, следовательно, чувствительность датчика все же в некоторой мере снижается. Кроме того, применение средств повышения частоты тока и выделе ния одной из гармонических составляющихзначительно усложняет весоизмерительную систему и понижает ее надежность.Таким образом, известные средства линеаризации характеристик неизбежно являются источником дополнительных погрешностей и приводят в отдельных случаях к усложнению весоизмерительной системы и снижению ее надежности.Цель изобретения - повышение точности измерений за счет улучшения линейности выходных характеристик магнитоупругих датчиков.Это достигается тем, что в магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод, на котором размещены измерительная обмотка с регистрирующим прибором и намагничивающая обмотка, включенная в цепь питания, введены узел коррекции и дополнительная обмотка, причем узел коррекции включен последовательно с дополнительной обмоткой, расположенной на основном магнитопроводе, и выполнен в виде контактирующего с основным дополнительного магнитопровода с обмотками. При этом возможны два варианта: узел коррекции представляет собой датчик дроссельного типа, а дополнительная обмотка с последовательно подсоединенной обмоткой узла коррекции, включена параллельно намагничивающей обмотке основного датчика в цепь источника питания; узел коррекции выполнен в виде трансформаторного датчика, причем дополнительная обмотка соединена последовательно с вторичной обмоткой узла коррекции, а его первичная обмотка включена параллельно намагничивающей обмотке основного датчика в цепь источника питания.На фиг. 1 показана общая схема магнитоупругого датчика усилий; на фиг. 2 - магнитоупругий датчик усилий дроссельного типа с узлом коррекции в виде датчика дроссельного типа; на фиг. 3 - магнитоупругий датчик усилий трансформаторного типа с узлом коррекции в виде датчика дроссельного типа; на фиг. 4 - магнитоупругий датчик усилий трансформаторного типа с узлом коррекции в виде трансформаторного датчика; на фиг. 5 в трансформаторн магнитоупругий датчик усилий типа прессдуктор с узлом коррекции в виде датчика типа прессдуктор; на фиг. 6 - кривая зависимости р, = 1" (Н); на фиг. 7 - диаграмма линеаризации характеристики при строгой пропорциональности корректирующего тока измеряемому усилию; на фиг. 8 - диаграмма линеаризации характеристики при нелинейной зависимости корректирующего тока от усилия. Магнитоупругий датчик усилий (см, фиг.1) содержит магнитопровод 1, имеющий звенья, которые изменяют свои характеристики благодаря магнитоупругому эффекту, а также измерительную 2 и намагничивающую 3 обмотки, причем последняя включена в цепь источника 4 питания. Последовательно в 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 цепь обмотки 2 включен регистрирующий прибор 5.Магнитоупругий датчик дроссельного типа (фиг. 2) содержит основной магнитопровод 1, на котором расположена обмотка 2, совмещающая функции измерительной 2 и намагничивающей 3 (см. фиг. 1) обмоток, Обмотка 2 включена в цепь источника 4 питания. В цепь обмотки 2 последовательно подключен регистрирующий прибор 5. Кроме того,на магнитопроводе 1 размещены дополнительная обмотка б, в цепь которой последовательно включен узел 7 в виде дроссельного датчика, корректирующий величину тока в дополнительной обмотке б в соответствии с приращением общей проводимости датчика на единицу усилия Р.Дополнительный магнитопровод 8 узла коррекции 7 контактирует с магнитопроводом 1 и через него также воспринимает прикладываемое усилие Р. Обмотка 9 узла коррекции соединена последовательно с дополнительной обмоткой 6 и включена параллельно обмотке 2 в цепь источника 4 питания,В большинстве случаев магнитоупругие силоизмерители работают при магнитных напряженностях Н в материале магнитопровода, отличающихся от значений, соответствующих максимуму магнитной проницаемости, т. е. на участке а - а" или, преимущественно, на участке с - с" кривой р,=1(Н) (фиг. 6), На этих участках изменение магнитной напряженности Н в материале магнитопровода 1 приводит к существенному изменению его магнитной проницаемости, а следовательно, и проводимости У датчика. На участке а - а" увеличение напряженности Н вызывает уменьшение проводимости У, а на участке с - с" - увеличение проводимости У магнитопровода 1,Нелинейность характеристики датчика отражает непостоянство приращения его проводимости У на единицу усилия Р по мере увеличения его воздействия на магнитопровод 1, Для обеспечения линейности характеристики необходимо дополнительное приращение проводимости У на единицу усилия Р. С этой целью используется дополнительная обмотка 6, в цепь которой включен узел 7 коррекции, в данном случае дроссельный датчик.На фиг. 7 приведены характеристики датчика, полученные при различных величинах токав дополнительной обмотке 6 при нагружении датчика усилием Р (участок с - с" кривой р=1(Н), обмотки 2 и 6 включены встречно). Кривые 1 - Х (см. фиг. 8) получены путем ступенчатого увеличения тока в дополнительной обмотке 6 с сохранением его неизменного значения во всем диапазоне усилий Р. Кривую 10, соответствующую ли. неаризованной характеристике, получают за счет последовательного увеличения тока в дополнительной обмотке по мере роста усилия, воздействующего на датчик.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Процесс линеаризации происходит следующим образом.При воздействии усилия Р на магнитопроводы 1, 8 проводимость датчика возрастает,Величина тока, проходящего через обмотку 9узла 7 коррекции и затем через дополнительную обмотку 6, также растет. Увеличение тока в дополнительной обмотке на единицуприложенного усилия Р влечет за собой некоторое уменьшение проводимости У датчика. Это приращение складывается с приращением проводимости У, вызванным воздействием усилия Р. Уменьшение проводимостиУ, вызванное узлом коррекции, оказываетсябольше, при малых усилиях и по мере ростаусилия воздействия узла 7 убывает, В результате обеспечивается постоянство приращения проводимости датчика во всем диапазоне контролируемых усилий, т. е. получаемлинеаризованную характеристику (фиг. 8,кривая 10). При работе датчика на участкеа - а" кривой р=(О) (фиг, б) процесс аналогичен, но для соответствия знаков приращений дополнитсльная обмотка б должна создавать магнитный поток, направленный согласно с основным, т, е. ее нужно включитьв противофазу по сравнению с описаннымвариантом.Магнитоупругий датчик усилий трансформаторного типа (фиг, 3) содеркит основноймагнитопровод 1, измерительную 2, намагничивающую 3 обмотки. Намагничивающая обмотка 3 включена в цепь источника 4 питания а измерительная 2 последовательно сое 1динена с регистрирующим приоором 5, с которого снимают сигнал, соответствующийизмеряемому усилию. На магнитопроводе 1расположена дополнительная обмотка 6, вцепь которой последовательно включен узел7 в виде дроссельного датчика, корректирующий величину тока в дополнительной обмотке 6 в соответствии с прирап 1 ением его проводимости на единицу усилия.Принцип линеаризации характеристик магнитоупругого датчика усилий трансформатопного типа аналогичен описанному для устройства на фиг. 2,Трансформаторный датчик усилий (фиг.4)содержит элементы 1 - 9, указанные на фиг,2, 3. В качестве узла 7 коррекции в данномустройстве пспользова трансформаторныйдатчик, вторичная обмотка 9 которого соединена последовательно с дополнительной обмоткой б, включенной согласно или встречнос основной намагничиваюшей обмоткой 3, апервичная обмотка 11 включена в цепь источника 4 питания параллельно намагничивающей обмотке 3,При работе датчика с трансформаторнымкорректирующим датчиком действует тот жепринцип коррекции величины тока в дополнительной обмотке б. В данном случае привоздействии усилия на магнитопроводы 1, 8магнитная проницаемость датчика уменьшается, вследствие чего понижается и напряжение, навочимое на вторичной обмотке 9датчика. При этом уменьшается токв дополнительной обмотке 6, что приводит к соответствующему изменению напряжения наизмерительной обмотке 2.Трансформаторный датчик типа прессдуктор (фиг. 5) содержит магнитопровод 1, уложенные в сквозных пазах магнитопровода 1измерительную 2 (1 - 1) и намагничивающую3 (1 - 1 И обмотки. Намагничивающая обмотка 3 (11 - 11) включена в цепь источника4 питания, а измерительная обмотка 2 (1 - 1)соединена с регистрирующим прибором 5.Совместно с основной намагничивающей обмоткой 3 уложена дополнительная обмотка 6.Дополнительная обмотка 6, включеннаявстречно или согласно с обмоткой 3, соединена послеловательно с вторичной обмоткой9 (П - П) узла 7 коррекции, выполненного ввиде трансформаторного датчика типа пресслуктор, солепжашего дополнительный магнитопровол 8, контактию ющий с основныммагнитопооводом 1. Первича я обмотка 11(1 - 1) корректирующего датчика включена вцепь источника 4 питания параллельно с намагничиваюшей обмоткой 3.Принцип линеаризации характеристик магнитоупругого датчика прессдукторного типааналогичен описанному для устройства нафиг. 4,Таким образом выполнение магнитоупругих силоизмерителей с узлом коррекции позволило повысить точность магнитоупругихдатчиков за счет снижения погрешности отнелинейности хара ктеристик датчиков, безповышения остальных составляющих погрешности: температурной, гистерезиса и т. д,Формула изобретения1. Магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод с размещенными нанем измерительной обмоткой, подключеннойк пегистрируюшему прибор и намагничивающей обмоткой, включенной в цепь питания,отличающийся тем, что, с целью повышения точности датчика путем улучшения линейности его выходных характеристик, в него введены дополнительная обмотка и узелкоррекции, выполненный в впле контактирующего с основным лополнптельного магнитопровода с обмотками и включенный последовательно в цепь дополнительной обмотки, апоследняя расположена на основном магнитопроводе.2. Датчик по п. , отличающийся тем,что узел коррекции выполнен в виде датчикадроссельного типа, а дополнительная обмотка с последовательно подсоединенной обмоткой узла коррекции включена параллельнонамагничиваюшей обмотке основного датчика в цепь источника питания.3. Датчик по и. 1, отличающийся тем,что узел коррекции выполнен в виде трансформаторного датчика, причем дополнительная обмотка соединена последовательно с7вторичной обмоткой узла коррекции, а его первичная обмотка включена параллельно намагничивающей обмотке основного датчика в цепь источника питания,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авт. св.98177, кл, 6 011, 1/12, 1951.2. Авт, св.324520, кл. 6 011. 1/12, 1969. 3. Гинзбург В, Б. Магнитоупругие датчики.Библиотека по автоматике, вып. 412, М Энергия, 1970.4. Шишкинский В. И Крашенникова А. Л.5 Основные характеристики монолитных магнитоанизотропных датчиков. Приборы и системы управления,1, 1969, с, 39 (прототип).каз 682/15ЦН ПодписноСССР Типография, пр. Сапуно Изд.311ПИ Государственного ком по делам изобрет 113035, Москва, Ж,Тираж 1054тета Совета Министрний и открытийаушская наб., д, 4/5