Патент ссср 203575

 

ОП КСАН И Е изоьгитиния

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимый от №

Кл. 42k, 7i05

Заявлено 19 !!!.1964 (№ 889071/26-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 28.!Х.1967. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 13.XII.1967

МПК G 01l

УД1:, 531.781(088.8) Комитет во делам изобретений и открытий лри Совете Министров

СССР

Автор изобретения

Иностранец

Орвар Даале (Швеция) Иностранная фирма

«Аллменна свенска электриска актиеболагет» (Швеция) Заявитель

МАГНИТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УСИЛИЙ

Известны магнитоупругие преобразователи для измерений усилий, сердечники которых содержат измерительную зону в виде четырех стержней, образующих магнитный мост, и замыкающие магнитопроводы, являющиеся диагоналями магнитного моста.

На диагоналях магнитного моста, а также частично и на стержнях измерительной зоны расположены обмотки. Одни обмотки создают магнитный поток в измерительной зоне, а другие реагируют на изменение этого потока при приложении к стержням измерительной зоны механического усилия.

Недостатком известных преобразователей ухудшающих их метрологические качества, является сборная конструкция сердечника со стыками в магнитопроводе и выполнение его элементов из сплошного материала.

Предлагаемый магнитоупругий преобразователь свободен от этих недостатков. Его сердечник выполнен таким образом, что стержни измерительной зоны и замыкающие элементы — диагонали магнитного моста, расположены в одной плоскости, что легко позволяет выполнить сердечник путем набора его из штампованных пластин соответствующих форм, изготовленных из магнитострикционных материалов.

На фиг. 1 представлен магнитоупругий преобразовате ib, сердечник которого HixteeT форму оконной рамы и представляет магнитный мост, содержащий измерительную зону из четырех стержней 1, 2, 8, и 4, расположенных под прямым углом по отношению друг к другу и образующих крест. Внешние концы стержней связаны между собой замкнутым контуром 5 прямоугольного очертания.

10 На каждом из четырех стержней измерительной зоны расположены соединенные между собой обмотки питания моста Р,, Р, P., и

Р,. На внешнем замыкающем контуре сердечника в первом и третьем квадрантах располо15 жены соединенные между собой измерительные обмотки S.

На фиг. 2 представлен преобразователь с аналогичным сердечником, у которого соединенные между собой обмотки питания P pac20 положены на внешнем замыкающем контуре во втором и четвертом квадрантах, а соединенные между собой измерительные обмотки S расположены на стержнях измерительной зоны.

На фиг. 3 показан преобразователь, у которого обмотки питания P расположены на внешнем контуре сердечника во втором и четвертом квадрантах, а измерительные обмотки

203575

$ на внешнем контуре в первом н третьем квадрантах.

На фиг. 4 показан преобразователь, у которрг9.единс1Ьенная обмотка питания P намотана на центральной части креста через окна второго и четвертого квадрантов, а измерительная обмотка S намотана через соответствующие окна первого и третьего квадрантов, На фиг. 5 показан преобразователь, у которого обмотки питания Р;,, P>, P.-, Р4 и измерительные обмотки $ь $, S, $ расположены

«а стержнях измерительной зоны сердечника.

На фиг. 6 показан преобразователь, сердечник которого представляет двухъярусную упругую систему в форме ромба. Сторонами

1, 2, 8, 4 ромба являются элементы магнитного моста. Эта система своими двумя острыми углами опирается на вертикальные стойки б, соединенные между собой общим основанием 7.

Два других угла ромба соединяются между собой вертикальной стойкой 8, к верхнему

"орцу 9 которой прикладывается измеряемое усилие. Подвижная часть сердечника снабжена ограничительными упорами 10 и 11. На стержнях измерительной зоны расположены обмотки питания Р,, Р, Р, Р и измерительные обмотки Sk, S, Sq и $ .

На фиг. 7 показан сердечник преобразователя, отличающийся от предыдущего тем, что два стержня 8, 4 нижнего яруса расположены горизонтально.

На фиг. 8 показан сердечник преобразователя, отличающийся от сердечника по фиг. 7 тем, что два нижних стержня 8, 4 соединены между собой под тупым углом, направленным вверх и значительно превосходящим угол, под которым соединены верхние стержни, На фиг. 9 показана схема действия в стержнях сердечника измерительной зоны, выполненной по форме ромба.

На фиг. 10 показан сердечник преобразователя, представляющий комбинацию из двух сердечников по фиг. 6, соединенных между собой вертикальными стойками б.

На фиг. 11 и 12 показана конструкция сердечника преобразователя, у которого измерительная зона 12, состоящая из участков 18, 14, 15 и 1б выполнена из тонких полос, проходящих через направляющие отверстия детали 17. Концы полос пропущены через отверстия в крайних опорах 18, установленных на основании 19, и соединены с последним посредством бандажа.

На фиг. 13 и 14 показаны электрические схемы соединения обмоток по мостовой и дифференциальным схемам при наличии на стержнях измерительной зоны только одних первичных обмоток.

Обмотки питания P во всех вариантах преобразователей соединены с источником переменного тока. 6, а измерительные обмотки с измерительным прибором М.

Обмотки питания Р создают в сердечниках преобразователей по фиг. 1 — 5 поток Ф„в го5

4 ризонтальной части креста, состоящей из стержней 1 и 2 и равновеликий поток Ф,, в вертикальной части, состоящей из стержней

8 и 4.

Эти потоки замыкаются через контур 5.

В первом и третьем квадрантах потоки имеют противоположные направления.

При отсутствии нагрузки на сердечник преобразователя алгебраическая сумма этих потоков равна нулю.

Во втором и четвертом квадрантах направления потоков совпадают, и результирующий поток равен сумме этих потоков.

На изменение магнитных потоков моста реагируют вторичные измерительные обмотки S.

Измеряемое усилие, направленное вертикально вниз, практически целиком воспринимается вертикальными стержнями креста, так как горизонтальные части сердечника работают на изгиб и имеют пренебрежимо малую жесткость, При этом происходит уменьшение потока Ф.„в измерительных обмотках возникает ЭДС, соответствующая разности Ф вЂ” Ф „ пропорциональная действующему усилию.

Магнитоупругий преобразователь по фиг.6 имеет высокую чувствительность за счет того, что его измерительная зона обеспечивает определенное преобразование усилий, действующих в стержне в сторону его увеличения, в зависимости от величины угла а, показанного на фиг. 9.

Кроме того, высокая чувствительность обеспечивается благодаря тому, что два стержня магнитного моста работают на сжатие, а два других — на растяжение.

Однако линейность характеристики такого преобразователя невысокая.

Для получения линейной характеристики нижние стержни 8, 4 ромба должны находиться под нулевой нагрузкой. С этой целью их следовало бы расположить в горизонтальной плоскости, как показано на фиг. 7.

Однако практически трудно обеспечить абсолютную жесткость сердечника и исключить отгибание наружу стоек б, вызывающее появление напряжений растяжения в нижних стержнях 8 и 4.

Для компенсации этих напряжений нижние стержни расположены под небольшим положительным углом относительно горизонта, как это показано на фиг. 8.

При этом напряжение растяжения компенсируется усилием сжатия нижних стержней

8, 4 под действием измеряемой вертикальной силы.

Обмотки питания Р,, Р, Рз, Р4 преобразователя по фиг. 6 и аналогичных ему соединены последовательно и связаны с источником питания.

Соединение обмоток осуществлено таким образом, что магнитный поток в верхних стержнях 1, 2 направлен противоположно потоку в нижних стержнях. Измерительно обмотки Sk и $д соединены в той же последовательности, что и Р и Р, обмотки $> и $< сое20М75 дппены в обратной последовательности по отношению к обмоткам Р и Р;. Оба магнитных потока замыкаются элементами б и 7 сердечника.

При отсутствии нагрузки на сердечник преобразователя магнитные потоки в верхних и нижних стержнях равны, и ЗДС в измерительных обмотках $,,— $ равна нулю.

При приложении вертикальной нагрузки к торцу 9 стойки 8, стержни 1 и 2 сжимаются, а стержни 3, 4 расстягиваются. Магнитное сопротивление первых двух стержней повышается, а вторых двух понижается. В результате поток в верхней ветви уменьшится, а в нижней увеличится. Результирующая ЭДС, индуцированная в измерительных обмотках S> — S> будет отличной от нуля, а измерительный прибор М, соединенный с этими обмотками, даст показание, пропорциональное усилию.

Сердечники преобразователей по фиг. 6, 7, 8, 10 являются магнитным мостом с одной диагональю, и поэтому на нем обмотки могут располагаться аналогично со схемой расположения обмоток на сердечнике по фиг. 1.

При этом измерительные обмотки SI располагаются на частях б и 7, а обмотки питания

Р,— Р4 на стержнях 1 — 4 измерительной зоны.

Или же возможно, по аналогии с вариантом по фиг. 2, расположить обмотки питания

Р на частях б и 7, а измерительные на стержнях 1 — 4 измерительной зоны.

Общим принципом для всех вариантов расположения и соединения обмоток является то, что обмотки питания должны охватывать суммарный поток, полученный от сложения потоков в диагоналях или плечах моста, и измерительные обмотки должны охватывать разностный поток, полученный от вычитания потоков в диагоналях или плечах моста.

Все варианты сердечников могут содержать на каждом стержне измерительной зоны по одной обмотке.

В этом случае они могут быть включены по мостовой схеме или дифференциальной цепи, как это показано на фиг. 13 и 14.

Предмет изобретения

1. Магнитоупругий преобразователь для измерения усилий, содержащий сердечник из магнитострикционного материала, выполненный в виде магнитного моста с измерительной зоной в виде стержней и элементов магнитопровода, замыкающих магнитный поток и образующих диагонали магнитного моста, на диагоналях моста и на стержнях измерительной зоны расположены обмотки, одни из которых создают магнитный поток, а другие реа5

ЗО

55 гпруют на изменение этого потока при приложении к стержням измерительной зоны механического усилия, отличающийся тем, что стержни измерительной зоны и замыкающие элементы магнитного моста расположены в одной плоскости, что позволяет выполнять сердечник путем набора его из заготовок, изготовленных из листового материала.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийсг тем, что его сердечник имеет форму оконной рамы, у которой четыре стерженя, образующих крест, являются измерительной зоной, а замыкающий внешний контур прямоугольной формы образует диагонали магнитного моста.

3. Преобразователь по п. 1, отгичающийся тсм, что, с целью повышения чувствительности, его сердечник выполнен в виде двухъярусной упругой системы по форме ромба с малой диагональю, сторонами которого являются стержни чувствительной зоны, опирающегося своими острыми углами на две стойки, соединенные общим основанием.

4, Г1реобразователь по п. 3, отличающийся тем, что, с целью улучшения линейности его характеристики, два стержня нижнего яруса соединены между собои таким образом, что образуют тупой угол, направленный верши.ной вверх, который значительно больше угла, которым соединены стержни, верхнего яруса.

5. Преобразователь по и. 3, отличающийся тем, что роль замьэкающего магнитопровода выполняет второй измерительный элемент, аналогичный по конструкции первому.

6. Преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что измерительная зона его магнитопровода выполнена сборной из тонких листов гяагнитострикционного материала, плоскости ксторых перпендикулярны к плоскости дейст. вия силы.

7. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что в нем обмотки питания и измерительные обмотки расположены только на соответствующих диагоналях магнитного моста.

8. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что он содержит одну обмотку питания и одну измерительную обмотку, намотанные вокруг центра IbIOH части креста соответстинно, через окна второго и четвертого квадрантов и окна первого и третьего квадрантов.

9. Преобразователь по п. 6, отличающийся тем, что на каждом стержне измерительной зоны расположены обмотки, питания и измерительная обмотка.

10. Преобразователь по п. 6, отличающийся тем, что на каждом стержне измерительной зоны имеется по одной обмотке, которые соединены по схеме моста или дифференциальной ц еп и.

203575 сонг 1

Рог.б сРрг. б

7 айаг.о с м.Ю

@uz 11

Ру

Р о г. 13

4 а г. 12

Составитсль М. М. Базовкин

Редактор A. А. Эйдис

Текред Л. Я. Бриккер Корректоры: В. В. Крылова и С. А. Башлыкова

Типо рафия, пр. Сапунова, 2

Заказ 3833/17 Тираж 535 Подписное

Ц1114ИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4