Способ измерения сил магнитоупругим преобразователем

) (11) 51)5 С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Тюменский индустриальный институт им. Ленинского комсомола(56) Авторское свидетельство СССРУ .1224619, кл. С 01 1. 1/12, 1984.Авторское свидетельство СССРУ 1272129, кл. С О 1 1. 1/121984,2(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ МАГНИТОУПРУГИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к сйлоизмерительной технике и может быть использовано при измерении сил магнитоупругими преобразователями. Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени измерения. Записывают намагничивающую обмотку 6, расположенную в отверстиях 2, 3 преобразователя 1, переменным током1539546 51 О Путем простейшей аппроксимации реальные вебер"амперные характеристики участков сердечника магнитоупругого преобразователя представим ломанными лин нями еБа фиг. 3 в координатах мгновенных значений магнитных напряжений и потоков показаны вебер-амперные характеристики плеч моста, приведенного на фиг. 2. Характеристику 9 имеют все плечи моста при градуировке, если действующая на преобразователь сила равна нулю, При этом в каждом плече моста поток равен 0,5. Намагничивающая обмотка создает ,замыкающийся вокруг отверстий 2 и 3 (фиг, 2) магнитный поток, мгновенное значение которого9 = +Ру, где 9 - магнитный поток в горизонтальных участках сердечника, расположенных междуотверстиями 3, 5 и 2, 4;56Р- магнитный поток в вертикальных участках сердечника,расположенных между отверстиями 3, 4 и 2, 5.Под действием силы Р магнитное сопротивление вертикальных участков увеличивается. При этом магнитный потокперераспределяется между гопрямоугольной Формы. Градуировкуи рабочие измерения выходного сигналаобмотки 7 производят при двух значеьиях индукции в сердечнике преобразователя 1. Измерения проводят в пределах одного полупериода изменения выходного напряжения преобразователя.Измеряот амплитудное значение П илиБ,р выходного напряжения, соответствующее минимальному значению магнитнои индукции, и значение выходногонапряжения Б или О в конце или в Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть исполь- - зовано при измерении сил магнитоупру гии преобразователями.Цель изобретения - повьппение точности и уменьшение времени измерения.На фиг, 1 показана схема магнитоупругого преобразователя; на фиг,2 - схема замещения его магнитной цепи в виде магнитного моста," на фиг. 3 вебер-амперные характеристики.Иагыитоупругий преобразователь (фиг. 1) имеет воспринимающий измеря емую силу Г сердечник 1 в виде пакета ферромагнитных пластин, в центральной части которого имеется четыре отверстия 2, 3, 4, 5 для двух взаимно пер-. пендикулярных обмоток, Намагничивающая обмотка 6 питается переменным током нри стабильном напряжении на ее зажимах, С выходной (сигнальной) обмотки 7 снимается напряжение, зависящее от силы Р. Выходное напряже ние измеряется прибором 8. начале полупериода, когда магнитнаяиндукция близка к своему максимуму.По значениям градуировочных характеристик Ц(Г) и 0(Г) по формулеБз = 2 Бо- БК, где К - отношениесредних значений напряжений Б(Р)к У(Г) в диапазоне измерения, рассчитывают третью градуировочную характеристику Уз(Г). При рабочем из"мерении по напряжению 0 -- 2 Удр - Ц,р Киз градуировочной характеристикиБд(Р) находят измеряемую силу, 3 ил,ризонтальными и вертикальными участками сердечника, расположенными между отверстиями для обмотки. На фиг. 2 в измерительную диагональ моста включен элемент, сопротивление которого Ео, эквивалентно сопротивлению участков, по которым проходит потокР, сцепленный с выходнойобмоткой. Плечи моста с сопротивлением Еявлжотся активными, т,е, воспринимающими измеряемую величину.Сопротивление Езависит от силы Р,действующей на магнитоупругий преобразователь. Плечи моста, сопротивление которых обозначено через Е являются компенсационными,Под действием силы Р сопротивлениеЕу активного плеча увеличивается иего вебер-амперная характеристикапринимает вид 10 при градуировке или11 при рабочем измерении, если естьпогрешность. Допусти, что изменениемагнитного состояния активного плечапод действием силы Г совершается вдва этапа. В начале при потоке в лле5 1539546 6че, равном 0,5 от точки 12 к точке 14 при градуировке или 16 при рабо13 или 15. Затем, на втором этапе, чем измерении.вследствие увеличения сопротивления Фиг, 2, 3 и описанная модель изплеча Е, поток Р уменьшается, а 5 менения магнитного состояния актив- после завершения второго этапа, со- ного плеча под действием силы Р по- стояние плеча характеризуется точкой зволяет записать П - Пх - ПП = (Е + б+ ЯР + ДР) -- (К+)фП(Е.,+ б.) + (К+у) ф 20 где П, П, Б пенсационного плеч моста, возникающие вместе с погрешностьюПредлагаемый способ измерения основан на зависимости дифференциального манитного сопротивления ферромагнитного тела, находящегося в поле катушки с током и под действием других сил электромагнитной или неэлектромагнитной природы, от числа этих сил,Цф Х Ь, Ьх, Ь - изменения соответственно сопротивления плеч моста Е, Ех и чувствительности Б при Ф = фц = = 0,5 Р по причинам, вызывающим погрешность;добавочные дифференциальные сопротивления активного и коммагнитные напряжения активного и компенсационного плеч и измерительной диагонали моста; поток в измерительной диагонали моста при градуировке; часть потока 9 в измерительной диагонали моста, соответствующая погрешности; статическое сопротивление плеча при градуировке при Р = 0 п фц=Р= 0,5; дифФеренциальные сопротивления активного и компенсационного плеч соответственно;сопротивление измерительной диагонали моста;чувствительность активного плеча к измеряемой сипе Р при Фч = 0,5 ф,Под силами в данном случае принимаются механические напряжения, изменение температуры, магнитные напряженности посторонних магнитных полейи все другое, что приводит к изменению магнитного сопротивления ферромагнитного тела.По принятой здесь модели преобразования при появлении сил, которыеотсутствовали при градуировке, возникают добавочные дифференциальныесопротивления и у. При наличии 45 основной силы появление еще однойиной ипи той же природы, но приложеннойк сердечнику преобразователя в другом месте ипи другим способом, обусловливает новое состояние ферромагнитного тела, которое невозможно воспроизвести за счет изменения основнойсилы.Для данного анализа зависимостьКц, К от Р и влияющих величин неимеет значения. Специально выделеныдобавочные дифференциальные сопротивления я, Х,: которые возникают вместе с пРЙращениями Д, з Р хтических сопротьщлений при появлении50 добавочной силы, т,е, при изменениикакой-либо влияющей величины по сравнению с ее значением при градуировке,Добавочные дифференциальные сопро 5тивления ( , у) возникают, когдавлияющие величины изменяют распределение удельного сопротивления в сердечнике, вносят дополнительную неоднородность в зто распределение, 10Лабораторные исследования, приведенные на преобразователе с сердечником из электротехнической стали марки ЭЗЗО показали, при малом, например при нулевом, значении индукции 15в диагональном сечении сердечникамежду отверстиями для намагничивающейобмотки дополнительное изменение дифференциального сопротивления не воз.никает, При этом иравны нулю, 20а погрешность вдвое больше, чем прибольшем (более 1,5 Тл) значении индукции, Эта экспериментально установленная связь между магнитной индукциейи погрешностью положена в основу способа измерения сил,Способ осуществляется следующимобразом.Запитывают преобразователь переменным током прямоугбльной формы, Снимают градуировочные характеристикиБ,(Р) и Бд(Р) и рассчитывают третьюградуировочную характеристику У(Р),значение которой определяются из следующего выражЕния. 35П = 2 Од - Б(.К, (2),.где Б, - наибольшее значение выходного напряжения в интервалевсего полупериода его измерения (при заданной силе Р); 40У - наибольшее значение выходного напряжения в начальнойчасти, например в первых157. полупериода, когда индукция близка к своему максимальному значению;К - отношение среднего значения Б(Р) к среднему значению У(Р) в диапазоне измерения.При прямоугольной форме кривойнапряжения. намагничивающей обмоткиформа напряжения выходной обмотки,как показал эксперимент существенноотличается от прямоугольной, Поэтомувыходной сигнал У или Пюр зависитот того насколько момент его измерения отстоит от начала полупериода.При этом БЬ. Поскольку величина К определена как отношение среднего значения 0(Р) к среднему значению 01(Р) в диапазоне измеренияП,К Жбан;Б й Бо.При рабочем измерении измеряетсяобозначенное через П наибольшее значение выходного напряжения в течениевсего полупериода его изменения,Максимуму выходного напряжения соответствует нулевое или близкое кнулевому значению магнитного потокаР.При малых значениях потока равны нулю добавочные сопротивления и уменьшение погрешности за счет этих сопротивлений не происходит, вследствиечего выходной сигнал Бр содержитполную погрешность магнитоуправляемого преобразователя,Таким образомУ 1 р = У +6, (4)где Ц, - значение градуировочнойхарактеристики П 1(Р) присиле Р, равной измеряемойсиле при рабочем измерении;5, - полная погрешность магнито"упругого преобразователя.Второе измерение выходного напряжения делается в начале полупериода.При этом сигнал Пор при рабочем измерении, как и сигнал Бо при градуировке, измеряется при индукции междуотверстиями для намагничивающей обмотки, превышающей 1,5 Тл. При такой индукции погрешность наполовинускомпенсирована за счет появлениядобавочных сопротивлений , , Выходное напряжение при втором измерении равноБр = Пд +Ьр (5)где Б - значение градуировочнойхарактеристики Б(с-) присиле Р, равной измеряемойсиле при рабочем измерении;б- остающаяся погрешность преобразователя.Подставляя в формулуПзр= 20 ар ПРКф (6)значения Б,р и Бар из (4) и (5), получаем выражениеПэр = Б + (2 дыт - Й, К),которое с помощью (2) преобразуем к виду11 рУ+ (26 - Ь,К)Рассматривая 6, как мультипликативную погрешность, в соотвтствиис (3), считаем величину Ь,К полнойпогрешностью, которая содержаласьбы в 0 р при равенстве нулю и .Напряжение измеряется при индукции, превышающей 1,5 Тл, при которойостающаяся погрешность,5приблизитель 10но вдвое меньше полной погрешности,равной й К. Поэтому26- бК ф О,а величина Пер, в отличие от 01 р иБар практически не содержит погреш-ности и не отличается от 11 зТаким образом по напряжению Сэриз градуировочной характеристики11(Р) находят измеряемую силу.Формула изобретенияСпособ измерения сил магнитоупругим преобразователем, заключающийся 25 в том, что снимают градуировочные характеристики при двух значениях магнитной индукции в сердечнике преобразователя, а затем прикладывают измеряемую силу и измеряют выходные 30 сигналы при тех же соответственно двух значениях магнитной индукции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени измерения, при каждом значенчи эталонной или измеряемой силы измерения выходных сигналов при градуировке или при рабочем измерении производят в пределах одного полупериода изменения выходного напряжения преобразователя, измеряя амплитудное значение выходного напряжения, соответствующее минимальному значению магнитной индукции, и значение выходного напряжения в конце или в начале полупериода по истечении 10-153 его времени, причем по значениям первых двух градуировочных характеристик 0 и Упо Формуле Б- = 20 - 0,К рассчитывают третью градуировочную ха-, рактеристику 11, которую запоминают вместе со значением К, а при рабочем измерении по напряжениюУ р =20 ар - П,р Киз градуировочной характеристики Бэ находят измеряемую силу, где К - от,ношение среднего значения Ую к среднему значению Ъ в диапазоне измерения, У,р, Бр - значение выходного ,напряжения в конце или в начале его полупериода при рабочем измерении,1539546 Составитель В. РоуэнТехред Л.Сердюкова Корректор Редакт Товт ри ГЕНТ С роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 208 БИИПИ Госуд ственног 113035 ираж 466митета по исква, 3-35,Подписноебретениям и открытияадская наб., д. 4/ абацийФ