Патент на изобретение №2152009

(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК СИЛЫ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для использования в системах контроля и управления производственными процессами. Датчик содержит магнитоупругий цилиндр. На поверхности цилиндра выполнена расположенная перпендикулярно к его оси центральная канавка с обмоткой возбуждения. Две боковые параллельные канавки расположены под углом 25 – 35^o к центральной канавке и касаются ее сверху и снизу. В боковых канавках размещены встречно включенные измерительные обмотки. Технический результат – упрощение конструкции, повышение удобства использования при закреплении на объекте, расширение диапазона и повышение точности измерения. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области автоматизации измерений и может быть использовано в системах контроля и управления производственными процессами.

Сущность изобретения в том, что чувствительный элемент выполнен в виде магнитоупругого цилиндра, на поверхности которого выполнены расположенная перпендикулярно к его оси центральная канавка с обмоткой возбуждения и две взаимно параллельные, расположенные под углом 25 – 35^o к центральной канавке и касающиеся ее боковые канавки с намотанными в них и встречно включенными измерительными обмотками.

Известны устройства, выбранные в качестве аналогов [1], предназначенные для измерения силы. В них предусмотрены сложные для изготовления конструктивные решения и возникают трудности при установке на промышленный объект.

В качестве прототипа выбран магнитоупругий датчик силы [2]. В нем принята классическая конструкция магнитопровода, но при этом возникают сложности в изготовлении и во время установки на объект, где требуется фрезеровать в монолитной конструкции посадочное место прямоугольной формы.

Решенная в изобретении техническая задача заключается в том, что чувствительный элемент выполнен в виде магнитоупругого цилиндра, на поверхности которого выполнены расположенная перпендикулярно к его оси центральная канавка с обмоткой возбуждения и две взаимно параллельные, расположенные под углом 25 – 35^o к центральной канавке и касающиеся ее боковые канавки с намотанными в них и встречно включенными измерительными обмотками.

Перечень фигур: фиг. 1 – датчик в статическом положении; фиг. 2 – датчик, нагруженный внешней силой.

Обозначения на фигурах: 1 – магнитоупругий цилиндр, 2 – центральная канавка, 3 – обмотка возбуждения, 4 – боковые канавки, 5 – обмотки измерительные.

В устройстве на магнитоупругом цилиндре 1 выполнена канавка 2, расположенная перпендикулярно к оси цилиндра. В данной центральной канавке 2 намотана обмотка возбуждения 3. Слева и справа от центральной канавки 2 расположены две боковые канавки 4, плоскости которых установлены под углом 25 – 35^o к плоскости центральной канавки 2. Плоскости боковых канавок 4 взаимно параллельны и касаются плоскости центральной канавки. В боковые канавки 4 помещены измерительные обмотки 5. Указанные измерительные обмотки 5 включены встречно.

Устройство работает следующим образом. В датчик, фиг. 1, на обмотку возбуждения 3 подают напряжение U₁. В каждой из двух измерительных обмоток 5 получают напряжение U₂, U₃ соответственно. Измерительные обмотки 5 расположены под углом 25 – 35^o к обмотке возбуждения 3. Величина данного угла менее 25^o приводит к снижению диапазона измерения датчика. При значении указанного угла более 35^o возрастает нелинейность датчика и снижается его чувствительность.

Результирующее измерительное напряжение U₄ = U₂ – U₃ в ненагруженном датчике при встречно включенных обмотках 5 близко к нулевому значению.

Под воздействием внешнего усилия, фиг. 2, в датчике изменяется взаимное расположение измерительных обмоток 5 относительно обмотки возбуждения 3. Изменяется электромагнитное потокосцепление, при этом напряжение U₂ возрастает, а напряжение U₃ уменьшается. На выходе дифференциально-трансформаторного магнитоупругого датчика силы образовано напряжение U₄ = U₂ – U₃, пропорциональное усилию, действующему на датчик. Данное измерительное напряжение U₄ поступает в систему управления технологическими процессами.

Благодаря предложенному техническому решению:
1. Упрощена конструкция датчика, который теперь состоит из одной базовой детали, выполненной в форме болта из электротехнической стали с канавками для обмоток.

2. Повышено удобство пользования датчиком, который теперь легко, с помощью кругового отверстия, закрепляют на объекте измерения, например, в железнодорожном рельсе, в балке несущей конструкции и т.д.

3. Улучшены технические параметры, табл. 1, предложенного датчика в сравнении с прототипом.

Литература

2. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. М., 1965.

Формула изобретения

Дифференциально-трансформаторный магнитоупругий датчик силы, содержащий чувствительный элемент с обмотками, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде магнитоупругого цилиндра, на поверхности которого выполнены расположенная перпендикулярно к его оси центральная канавка с обмоткой возбуждения и две взаимно параллельные, расположенные под углом 25 – 35^o к центральной канавке и касающиеся ее боковые канавки с намотанными в них и встречно включенными измерительными обмотками.

РИСУНКИ