Силоизмеритель
СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬ, содержащий магнитопровод в виде полого цилиндра с удлиненными параллел; ьными отверстиями , выполненными в его стенках под углом к образующей,-обмотки, размещеинью на стержнях между отверстиями , основание, защемляющие устройства, расположенные на концах цилиндра и силовоспринимающий рычаг, закрепленный на цилиндре симметрично относительно его концов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены упоры, контактирующие с торцами цилиндра и закрепленные на защемляющих устройствах с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра , на концах которого выполнены пазы, а на защемляющих устройствах выполнены выступы, при этом одно из защемляющих устройств состоит из неподвижного цилиндрического гнезда и поворотной втулки с рычагом, сое (Л С диненным с основанием регулировочным винтом.
СОЮЭ СОВЕТСНИХ
СООИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
<о> (ц
4(gl) G 01 т. 1/12
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм иэоБ етений и ОтнРытий (21) 3422233/24-10 (22) 13. 04. 82 (46) 23 .05.85. Бюл. ¹ 19 (72) М.Н. Гуманюк (71) Киевский институт автоматики нм, ХХЧ съезда КПСС (53) 531.781(088.8) (56) 1. Патент ЧССР № 122908, кл. 42 К 7/05, 1975.
2. Гуманюк И.Н. Магнитоупругие датчики в автоматике. Киев, "Техника", 1978, с. 157-158 (прототип). (54)(57) СИЛОИЗИЕРИТЕЛЬ, содержащий магнитопровод в виде полого цилиндра с удлиненными параллельными отверстиями, выполненными в его стенках под углом к образующей,-обмотки, размещенные на стержнях между отверстиями, основание, защемляющие устройства, расположенные на концах цилиндра и силовоспринимающий рычаг, закрепленный на цилиндре симметрично относительно его концов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, в него введены упоры, контактирующие с торцами цилиндра и закрепленные на защемляющих устройствах с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра, на концах которого выполнены пазы, а на защемляющих устройствах выполнены выступы, при этом одно из защемляющих устройств состоит из неподвижного цилиндрического гнез-да и поворотной втулки с рычагом, соединенным с основанием регулировочным винтом, 1 11573
Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано в системах автоматического измерения массы и усилий.
Известно силоизмерительное устрой- ство, в котором в качестве чувствительного элемента использован полый цилиндр, изготовленный из ферромагнитного материала. Один торец цилиндра жестко зафиксирован на не- 10 подвижном основании, а к другому прикреплен радиально расположенный рычаг, к концу которого прилагают измеряемое усилие. На цилиндре расположены две группы обмоток. Витки одной из них расположены по образующим и охватывают стенку цилиндра, эта обмотка является намагничивающей.
Витки второй охватывают весь цилиндр и лежат в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. С этой обмотки сни,мают выходной сигнал %1 j.
Недостатками данного устройства являются относительно высокий уровень выходного сигнала при равенстве д нулю измеряемого усилия, малое приращение сигнала, большая погрешность нелинейности и температурная по-: грешность, т.е. оно обеспечивает низкую точность измерения усилий.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является торсионный датчик усилия, содержащий полый цилиндр, в стенках которо.— го выполнены удлиненные отверстия, о расположенные под углом 45 к образующей цилиндра, параллельно друг другу и равномерно вдоль образующей. На стержнях, лежащих между отверстиями, размещены обмотки.
Концы цилиндра зафиксированы жестко на неподвижном основании защемляюи1ими устройствами. Силовоспринимающий рычаг закреплен посередине цилиндра, симметрично относительно его концов.
Обмотки, расположенные по обе стороны от силовосцринимающего рычага, соединены последовательно в две группы, а выходные сигналы обеих групп — между собой встречно.
При отсутствии измеряемого усилия, т.е..при равенстве нулю крутящего момента, напряжения на выходе двух групп обмоток близки по величине и при их встречном включении суммар- S5 ный выходной сигнал близок нулю. При значениях момента, отличных от нуля, стержни, на которых расположены об72 мотки, испь1тывают напряжения, причем по одну сторону от рычага это будут напряжения сжатия, а по другую— растяжения. При этом суммарный выходной сигнал возрастает по мере увеличения приложенного к рычагу усилия 21.
Однако известное устройство имеет низкую точность измерения усилий, обусловленную большой погрешностью нелинейности, достигающей значений порядка 5-6Х и даже более.
Цель изобретения — повышение точности измерения усилий.
Поставленная цель достигается тем, что в силоиэмеритель, содержащий магнитопровод в виде полого цилиндра с удлиненными паралич:ельными отверстиями, выполненными в его стенках под углом к образующей, обмотки, размещенные на стержнях между отверстиями, основание, эащемляющие устройства, расположенные на концах цилиндра и силовоспринимающий рычаг, закрепленный на цилиндре симметрично относительно его концов, введены упоры, контактирующие с торцами цилиндра и закрепленные на эащемляющих устройствах с возможностью переме щения вдоль оси цилиндра, на концах которого выполнены пазы, а на эащеи ляющих устройствах выполнены выступы, при этом одно из эащемляющих устройств состоит иэ неподвижного цилиндрического гнезда и поворотной втулки с рычагом, соединенным с основанием оегулировочным винтом.
Выполнение на концах цилиндра по образующим пазов, в которые входят выступы,защемляющих устройств, и выполнение одного из защемляющих устройств в виде неподвижного цилиндрического .гнезда и входящей в него поворотной втулки позволяет создать в цилиндрическом преобразователе крутящий момент при отсутствии измеряемого усилия (Р=О). Соединение рычага поворотной втулки с основанием посредством регулировочного винта, направленного перпен- . дикулярно радиусу цилиндра, позволяет плавно изменять величину воздействующего на цилиндр крутящего момента путем завинчивания или вывинчивания винта, а также фиксиро-вать защемляющее устройство при нужном значении крутящего момента. Этим обеспечивается возможность получения
1157372 магнитопровода, некоторым различием в числе витков обмоток левой и правой части или различием в фактическом поведении ферромагнетика при упругих напряжениях, больших и меньших величины напряжения, обусловленной моментом предварительного нагружения.
Для устранения остаточной нелинейности торцы цилиндра прилегают к
35 упорам, соединенным с защемляющими устройствами резьбой, соосной с цилиндром. Это позволяет, завинчивая один из упоров (например, левый) и вывинчивая другой (правый), изменять длину частей цилиндра, расположенных справа и слева от силовоспринимающего рычага. При этом крутящий момент, воздействующий на более короткую часть магнитопровода, будет несколько больше,а на более длинную — меньше.
Угол закручивания цилиндра в месте креппения рычага один и тот же для правой и левой части, поскольку они:представляют единое целое.
Таким образом, выполнение в защемляющих устройствах упоров, соединенных с защемляющими устройствами резьбой, соосной с цилиндром, позволяет плавно регулировать соотношение длин правой и левой частей цилиндра путем. завинчивания и вывинчивания упоров и за счет этого нролинейной выходной характеристики по следующей причине.
Созданный .посредством регулировочного винта крутящий моМент имеет знак, соответствующий сжатию стержней (промежутков между окнами) цилиндрического магнитопровоца, причем при. равенстве нулю измеряемого усилия этот момент имеет по обе стороны от силовоспринимающего рычага одно 10 и то же значение, которому соответствуют усилия предварительного сжатия стержней.
При воздействии измеряемого усилия Р на силовоспринимаюший рычаг 15 появляется дополнительный крутящий момент, который по одну сторону от рычага имеет тот же знак, что и момент предварительного нагружения, а по другую — противоположный. 20
В некоторых случаях и при наличии предварительного крутящего момента коэффициенты относительной нелинейности могут оказаться несколько отличными по величине. Это может быть вызвано неточностью изготовления изводить компенсацию остаточной нелинейности выходной характеристики преобразователя.
На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого устройства, общий виц,(а — аксонометрическое изображение, Б — сечение по продольной оси); на фиг. 2 — схемы соединения обмоток ( Устройство представляет собой магнитоупругий преобразователь 1, изготовленный в виде полого цилинд,ра, в стенках которого профрезерованы удлиненные окна 2, расположенные нод углом 45 к образующей и равномерно вдоль нее. Промежутки между окнами образуют стержни 3, на которые уложены обмотки 4. На концах цилиндра выполнены продольные .пазы 5. Концы цилиндра 1 входят в защемляющие устройства 6 и 7, причем выступы 8 защемляющих устройств входят в пазы цилиндра. Защемляющее устройство 7 представляет собой неподвижное цилиндрическое гнездо 9, в которое входит поворотная втулка 10 с рычагом 11. ;Оба защемляющих устройства закреп лены на общем основании 12. Рычаг 11 поворотной .втулки 10 соединен с основанием 12 регулировочным вин-. том 13. B защемляющие устройства 6 и 7 входят на резьбе упоры 14, соосные с цилиндром преобразователя 1, завинчиваемые до соприкосновения с торцами цилиндра. .! Точно посередине цилиндра крепится силовоспрннимающий рычаг 15 посредством шипов 16, входящих в отверстия 17 цилиндра. Устройство работает следующим образом. Посредством завинчивания регу" лировочного винта 13 создается момент предварительного нагружения„ который вызывает в стержнях 3 усилия предварительного нагружения Р„, оди1 .наковые во всех стержнях располоt :.женных справа и слева от силовоспринимающего рычага 1S. Упоры 14 в з»щемляющих устройствах 6 и 7 при этом находятся в таком положении, что длины правой и левой части цилиндра от силовоспринимающего рычага для аащемляющего устройства равны. 1157372 Величина усилия предварительного сжатия стержней принимается равной или на 20 — ЗОЖ превышающей усилиет соответствующее тому, которое вызывается номинальным измеряемым усилием. Приложение к силовоспринимающему рычагу 15 измеряемого усилия Р вызывает увеличение крутящего момента на одной половине цилиндра, например правой, и уменьшение на другой. Соответственно изменяются и усилия, воздействующие на стержни 3 — справа они увеличиваются, а слева уменьшаются, однако во всем диапазоне измеряемых усилий сохраняют один и тот же знак, соответствующий сжатию стержней. Поскольку сигналы, снимаемые с обмоток 4, левой и правой ,части магнитопровода взаимно вычи таются, суммарный сигнал оказывается пропорциональным измеряемому усилию. При этом нелинейности сигналов обеих половин магнитопровода взаимно компенсируются. Если нелинейность выходной харак.теристики, получаемая при этом, еще не достаточно мала, изменяют длины правой и левой части магнитопровода. Например, если нелинейность характеристики левой группы обмоток оказывается меньше, чем правой группы, упор 14 левого защемляющего устройства б вывинчивают, а правого 7 завинчивают. При этом левая часть магнитопровода становится короче, а правая длинее. После проверки линейности выходной характеристики путем нагружения устройства усилием и получения наилучшего результата положение упоров в защемляющих устройствах и регулировочного винта окон-. чательно фиксируется. Предложенный силоизмеритель обладает более высокой точностью по сравнению с известными,. достигаемой за счет уменьшения погрешности нелинейности преобразователя и сохранения минимального значения аддитивной составляющей температурной погрешности. 1157372 Составитель Н. Вовчук Редактор Аг. Шандор Техред Т.Дубинчак Корректор Е. Сирохиан Подписное Филиал ППП ."Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4. Заказ 3329/39 Тираа 897 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий t13035, Иосква, л1-35, Рауаская наб., д. 4/5
