Устройство для измерения силы

 

Устройство относится к области контрольно-измерительной техники. Устройство содержит промежуточный преобразователь, активный элемент, измерительный зонд, блок возбуждения, блок измерения и индикатор. Активный элемент выполнен в виде кольца из магнитоупругого материала. Измерительный зонд выполнен в виде " перпендикулярных друг другу и оси зонда двух магнитопроводов с катушками возбуждения и измерения. Измерительный зонд в процессе измерения устанавливается внутри кольца. При нагружении активного элемента измерительный зонд удавливает изменение магнитного поля, прямо пропорциональное воздействующей силе. Устройство обладает повышенной надежностью и взрывобезопасностью при работе во взрывоопасной среде. 3 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при измерении силы.

Известны устройства для измерения силы, содержащие промежуточный преобразователь, активный элемент в виде тензодатчиков, блок возбуждения, блок измерения и индикатор [1]. Недостатком известных устройств является низкая чувствительность тензодатчиков, необходимость использования проводной связи между тензодатчиками и блоком возбуждения и измерения (что значительно снижает надежность и взрывобезопасность устройств при работе во взрывоопасной среде).

Известно устройство для измерения силы, содержащее промежуточный преобразователь, активный элемент, измерительный зонд (датчик), блок возбуждения, блок измерения и индикатор, при этом в качестве активного элемента используется магнитоупругий материал [2]. В известном устройстве первичный сигнал снимается с помощью специальных катушек, намотанных на сердечник из магнитоупругого материала. Недостатком известного устройства является необходимость использования проводной связи между активным элементом и блоком возбуждения и измерения, что приводит к снижению надежности и безопасности устройства при работе во взрывоопасных средах, особенно в условиях постоянного движения измеряемого объекта.

Изобретение направлено на повышение надежности и безопасности устройства при работе во взрывоопасной среде.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем промежуточный преобразователь, активный элемент, измерительный зонд, блок возбуждения, блок измерения и индикатор, активный элемент выполнен в виде кольца из магнитоупругого материала, а измерительный зонд выполнен в виде перпендикулярных друг другу и оси зонда двух магнитопроводов с катушками возбуждения и измерения, причем во время измерения измерительный зонд устанавливается внутри кольца.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - возможное положение измерительного зонда во время проведения измерения; на фиг. 3 - вариант использования предлагаемого устройства.

На фиг 1. изображено предлагаемое устройство.

Устройство для измерения силы содержит промежуточный преобразователь 1, воспринимающий силу "P" и сопряженный с активным элементом 2 - кольцом из магнитоупругого материала, в котором установлен измерительный зонд 3, состоящий из двух магнитопроводов 4 и 5 с намотанными на них катушкой возбуждения 6 и катушкой измерения 7, причем катушка возбуждения 6 подключена к блоку возбуждения 8, а катушка измерения 7 подключена к последовательно соединенным блоку измерения 9 и индикатору 10.

Устройство работает следующим образом. На время измерения измерительный зонд 3 вставляется в активный элемент 2 - кольцо из магнитоупругого материала. Блок возбуждения 8 вырабатывает ток возбуждения, протекающий по катушке возбуждения 6 измерительного зонда 3 и создающий электромагнитное поле, перемагничивающее внутреннюю поверхность активного элемента. В результате действия внешней силы P происходит деформация активного элемента 2, вследствие чего изменяются магнитные характеристики материала кольца на участках А, Б, В, Г, что приводит к появлению в магнитопроводе 5 магнитного поля, в результате чего в измерительной катушке 7 появляется сигнал, прямо пропорциональный по амплитуде и фазе соответственно величине и направлению внешней силы Р. Далее сигнал с измерительной обмотки 7 измерительного зонда 3 поступает на блок измерения 9 и далее на индикатор 10. Предлагаемое устройство имеет отстройку от влияния зазора между внутренней поверхностью активного элемента 2 и торцами магнитопроводов 4 и 5. Указанная отстройка заключается в следующем. В результате неточности установки зонда 3 внутри активного элемента 2 возможно изменение воздушного зазора (до 20 мкм - разницы в диаметрах). Но поскольку увеличение (уменьшение) зазора с одной стороны К, Л вызывает соответствующее уменьшение (увеличение) с диаметрально противоположной стороны М, Н, то суммарный зазор и соответственно его магнитное сопротивление остаются практически неизменными. Стабильность магнитного сопротивления приводит к стабильности электромагнитного поля возбуждения (ток возбуждения поддерживается стабильным блоком возбуждения) и соответственно к отстройке от зазора. В указанном устройстве отсутствуют какие-либо проводные связи между активным элементом 2 и измерительным зондом 3. Взаимодействие между ними происходит с помощью электромагнитного поля. Указанный фактор приводит к повышенной надежности и взрывобезопасности устройства при работе во взрывоопасных средах. Поскольку устройство имеет отстройку от зазора между активным элементом 2 и измерительным зондом 3, то точность измерения сохраняется на уровне прототипа.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение выявленных аналогов прототипа позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Указанное устройство было использовано в переносной системе динамометрирования станков-нефтекачалок при измерении силы (усилия), возникающей при поступательно-возвратном движении колонны насосных штанг. Станки - нефтекачалки были оснащены промежуточными элементами 1 (с встроенными активными элементами 2), установленными между траверсами 3 (фиг.3). Погрешность измерения усилия составила менее 1,6% в интервале рабочих температур от -40 до +45^oC. В ходе испытания отмечена повышенная надежность устройства в части устойчивости к зазору, следам грязи, следов масла и нефтепродуктов. Предлагаемое устройство может быть использовано в различных ответственных конструкциях (мостах, кранах, шахтных крепях и др.) для оперативного определения уровней нагрузок и напряжений. Учитывая низкую стоимость активного преобразователя, стоимость оборудования для измерения усилия оказывается низкой. Заявитель намерен оснастить все свои промыслы предлагаемыми устройствами (около 2000 скважин) из расчета 300 активных преобразователей на 1 комплект электронных блоков.

Источники информации.

1. Аш Ж. с соавторами. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах. Кн. 2., - М.: Мир, 1992, с. 41- 54.

2. Твердин Л.М. и др. Автоматические устройства с магнитоупругими преобразователями. - М.: Энергия, 1974, с. 6-7.

Формула изобретения

Устройство для измерения силы, содержащее промежуточный преобразователь, активный элемент, выполненный из магнитоупругого материала, измерительный зонд, блок возбуждения, блок измерения и индикатор, отличающееся тем, что активный элемент выполнен в виде кольца, а измерительный зонд выполнен с возможностью установки его внутри кольца во время измерения в виде перпендикулярных друг другу и оси зонда двух магнитопроводов с катушками возбуждения и измерения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3