Электромагнитный преобразователь усилий сжатия

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ СЖАТИЯ, содержащий мембрану, основание с профилем, подобным профилю мембраны при ее максимальном прогибе, и измерительную обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности , он снабжен второй мембраной , симметрично расположенной относительно первой мембраны, центры которых связаны штоком, и тремя измерительными обмотками, одна из которых расположена симметрично первой обмотке на основании и включена с ней дифференциально, а две другие расположены на внутренних поверхностях мембран, каждая из обмоток на мембранах последовательно и согласно соединена с соответствующей обмоткой на основании,причем все обмотки выполнены печатными в виде соосно расположенных идентичных эллипсов с параллельными большими осями, при этом откло§ нение длины большой оси каждого эллипса к малой выбрано в пределах (Л 3-5, а внутренние поверхности мембран и основания выполнены из магнитомягкого материала с положительной магнитострикцией и толщиной не менее 0,05 длины большой оси эллипса. СХ) 00 о vj со

COOS СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (1) G 01 L 1/14 1 ф

C)

©Р

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3517257/18-10 (22) 02.12.82 (46) 30.03.84. Бюл. В 12 (72) Т.Я.Гораздовский и М.А.Коган (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 531.781(088.8) (56) 1. Осадчий Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М., "Машиностроение", 1979, с. 239.

2. Авторское свидетельство СССР

В 654867, кл. G 01 L 9/10, 1977 (прототип). (54)(57) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ СЖАТИЯ, содержащий мембрану, основание с профилем, подобным профилю мембраны при ее максимальном прогибе, и измерительную обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен второй мембра„„SU„„1083079 А ной, симметрично расположенной относительно первой мембраны, центры которых связаны штоком, и тремя измерительными обмотками, одна из которых расположена симметрично первой обмотке на основании и включена с ней дифференциально, а две другие расположены на внутренних поверхностях мембран, каждая из обмоток на мембранах последовательно и согласно соединена с соответствующей обмоткой на основании, причем все обмотки выполнены печатными в виде соосно расположенных идентичных эллипсов с параллельными большими осями, при этом отклонение длины большой оси каждого эллипса к малой выбрано в пределах

3-5, а внутренние поверхности мембран и основания выполнены из магнитомягкого материала с положительной магнитострикцией и толщиной не менее

0,05 длины большой оси эллипса.

1083079

1О

1

Изобретение относится к технике электрических измерений механических величин и может быть использовано при контроле различного рода силовых воздействий — давления жидкостей и газов, разности давлений, механических напряжений в сыпучих и твердых средах, например в бетоне, грунтах и т.п.

Известны электромагнитные мембранные преобразователи усилий сжатия, содержашие корпус, мембрану и измерительные обмотки, включенные

1дифференциально или в мостовую цепь 1 J.

К недостаткам преобразователей относятся невысокая чувствительность к перемещению мембраны, вызванному изменением контролируемой величины, и большие габариты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является индуктивный датчик давления, содержащий основание, мембрану и измерительную обмотку (2 ).

25 Недостатком указанного преобразователя является низкая чувствительность.

Цель изобретения — повышение чувствительности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь усилий сжатия, содержащий мембрану, основание с профилем, подобным профилю мембраны при ее максимальном прогибе, и изме- >5 рительную обмотку, снабжен второй мембраной, симметрично расположенной относительно первой мембраны, центры которых связаны штоком, и тремя измерительными обмотками, одна из ко- 40 торых расположена симметрично первой обмотке на основании и включена с ней дифференциально, а две другие расположены на внутренних поверхностям мембран, каждая из обмоток на 45 мембранах последовательно и согласно соединена с соответствующей обмоткой на основании, причем все обмотки выполнены печатными в виде соосно расположенных идентичных эллипсов с па- 50 раллельными большими осями, при этом отношение длины большой оси каждого эллипса к малой выбрано в пределах !

3-5, а внутренние поверхности мембран и основания выполнены из магнитомяг- 55 кого материала с положительной магнитострикцией и толщиной не менее 0,05 длины большой оси эллипса.

На чертеже схематически изображен электромагнитный преобразователь усилий сжатия. . Электромагнитный преобразователь содержит основание 1, на котором размещены дифференциально включенные измерительные. обмотки 2 и 3, мембраны 4 и 5 с дополнительными измерительными обмотками 6 и 7, и съемную крьш ку 8. Центры мембран жестко связаны между собой посредством штока

9. На внутренние поверхности мембран и основание нанесено ферритовое покрытие 10.

Основание 1 изготавливается из ферромагнитного материала, например магнитной стали.

Измерительные обмотки 2, 3, 6 и 7 изготавливаются по печатной техноло-1 гии из высокоэлектропроводной (медной, алюминиевой) фольги и герметизируются прочной диэлектрической пленкой, например полиимидной.

Мембраны 4 и 5 изготавливаются из упругих материалов, например бронзы Б-,и т.п. Толщина мембран определяется диапазоном изменения и величиной контролируемого усилия.

Ферритовое покрытие 10 наносится методом напыления. Низкая электропроводность покрытия обеспечивает снижение активных потерь в обмотках, уменьшающих их добротность.

Преобразователь работает следующим образом.

Измерительные обмотки 2, 6 и 3, 7 подключаются в схему питания и измерения, например в мостовую или дифференциальную, в качестве элементов контуров автогенератора. Перемещение мембран 4 и 5 под воздействием контролируемого усилия вызывает изменение индуктивностей обмоток и, как следствие, частоты дЕ биений автогенератора.

Рассмотрим этот процесс более подробно.

Изменение индуктивностей обмоток обусловлено следующими причинами: влиянием расстояния до второго ферромагнитного покрытия, поскольку печатная обмотка, находящаяся на ферромагнитной подложке, увеличивает свою индуктивность примерно до 21»; суммарная индуктивность двух последовательно соединенных соосных печатных обмоток при их сближении изменяLq 2 fJo 1" 1 1 2 + 21с 4 L2, 1083

Составитель Н.Вовчук

Редактор С.Юско Техред И.Метелева Корректор С.Шекмар

Заказ 1732/37 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 где (- коэффициент связи; для магнитомягких материалов характерно довольно значительное изменение магнитной проницаемости 0. при деформации.

Для материалов с положительной магнитострикцией растягиваюшие напряжения (прогиб мембраны) вызывают увеличение, а следовательно, и индуктивностей обмоток, а сжимающие (выгиб мембраны) — уменьшение р„ и 1ð соответственно индуктивностей.

Наибольшее приращение индуктивности печатных обмоток в зависимости от величины механических напряжений в мембранах достигается при изготовлении обмоток овальной формы с величиной отношения большой оси к малой

3-5.

Полное изменение индуктивностей каждой пары обмоток будет обусловле но совместным действием этих трех факторов.

Величина начального зазора при отсутствии деформации мембраны выбирается такой, чтобы обеспечить оди- 2 наковое изменение индуктивностей обмоток при прогибе и выгибе мембраны.

Преобразователь способен работать .в двух режимах: а) измерения одно079 4 стороннего усилия, например Р„ и при р.-.б те в жидких и газообразных средах, в этом случае мембрана 5 закрывается крышкой 8; б) изменения разности усилий Р1 — Р .

В зависимости от соотношения величин усилий мембраны 4 и 5 прогибаются совместно по направлению действия большего усилия. При равенстве усилий мембраны практически не деформируются.

Пусть Р „ ) Р2. В этом случае мембрана 4 прогибается внутрь корпуса преобразователя, а мембрана 5 соответственно выгибается наружу, Индуктивности обмоток 2 и 6 tq и 1) увеличиваются, а обмоток 3 и 7 t>L уменьшаются. При этом суммарная индуктивность пары обмоток 2 и 6 увеличивается íà д1. + Ы, а суммарная

1 индуктивность пары обмоток 3 и 7 уменьшается на д . + d t.+ . Полное изменение индуктивйости Ь t. = Ь4 +

+д1. — (-nt, — дЬ ) =д „+at„<+gt.

+д1,4 4д .

Таким образом, достигается значительная (до нескольких кГд) величина выходного сигнала Дf д1 при изменении контролируемого усилия.