Магнитоупругий датчик усилий

Реферат

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.09.75 (21) 2169746/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.03.77. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 26.04,77 (51) М. Кл а G 01L 1/12

G 01G 3/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 531.781(088.8) (72) Автор изобретения

М. Н. Гуманюк

Институт автоматики (71) Заявитель (54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК УСИЛИ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к функциональным схемам магнитоупругих силоизмерителей, используемых преимущественно в весоизмерительной аппаратуре.

В настоящее время в весоизмерительной аппаратуре применяются магнитоупругие силоизмерители самого различного конструктивного исполнения. Но в любом случае магнитоупругий датчик усилий содержит магнитопровод, имеющий звенья, которые изменяют свои характеристики благодаря магнитоупругому эффекту, а также измерительную и намагничивающую обмотки, причем последняя подключена в цепь источника питания.

Последовательно в цепь измерительной обмотки включен регистрирующий прибор (1).

Однако такие магнитоупругие силоизмерители не обеспечивают высокой точности измерений, что обусловлено нелинейностью выходных характеристик.

В известном силоизмерительном датчике (2) улучшена линейность за счет сужения рабочего диапазона датчика путем предварительного нагружения его на 30 — 50% от всего рабочего диапазона с помощью зажимной скобы. Поскольку в этом случае используется только часть нелинейной характеристики, то относительная величина погрешности от нелинейности падает. Однако из-за сужения рабочего диапазона пропорционально увеличиваются другие составляющие погрешности, например, температурная, связанная с колебаниями параметров источника питания или

5 гистерезисом.

Линейность характеристики существенно повышается и за счет введения в магнитную цепь датчика воздушного зазора определенной величины (3), В этом случае магнитное

10 сопротивление цепи представляет собой сумму нелинейного сопротивления ферромагнитного участка и большого линейного сопротивления воздушного зазора. Однако с улучшением линейности резко снижается чувстви15 тельность и увеличиваются другие составляющие погрешности датчика, Наиболее близким решением к изобретению по достигаемому результату является

9 стр., 4453 слов

Измерительный преобразователь для датчика температуры

Содержание курсовой работы: 1. Исходные данные: 1) тип датчика: термопара ТХК(L); 2) диапазон температуры для указанного датчика от 0 до 150 °С; 3) входной сигнал для этого типа датчика термоЭДС (ГОСТ 6616-94, ... 100 6,860 6,86 0 Прямая, соединяющая две крайние точки рабочего диапазона датчика 0 и 100?С, является идеальной линейной характеристикой преобразования (значения Т. э. д. с. для нее можно ...

20 решение, заключающееся в повышении частоты тока намагничивания и выделении одной из гармонических составляющих сигнала датчика с помощью известных средств (4).

При этом некоторого повышения линейности мож25 но достичь только на первой гармонике, которая составляет 60 — 80%, следовательно, чувствительность датчика все же в некоторой мере снижается. Кроме того, применение средств повышения частоты тока и выделеЗО ния одной из гармонических составляющих

552528

10 значительно усложняет весоизмерительную систему и понижает ее надежность.

Таким образом, известные средства линеаризации характеристик неизбежно являются источником дополнительных погрешностей и приводят в отдельных случаях к усложнению весоизмерительной системы и снижению ее надежности.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет улучшения линейности выходных характеристик магнитоупругих датчиков.

Это достигается тем, что в магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод, на котором размещены измерительная обмотка с регистрирующим прибором и намагничивающая обмотка, включенная в цепь питания, введены узел коррекции и дополнительная обмотка, причем узел коррекции включен последовательно с дополнительной обмоткой, расположенной на основном магнитопроводе, и выполнен в виде контактирующего с основным дополнительного магнитопровода с обмотками. При этом возможны два варианта: узел коррекции представляет собой датчик дроссельного типа, а дополнительная обмотка с последовательно подсоединенной обмоткой узла коррекции, включена параллельно намагничивающей обмотке основного датчика в цепь источника питания; узел коррекции выполнен в виде трансформаторного датчика, причем дополнительная обмотка соединена последовательно с вторичной обмоткой узла коррекции, а его первичная обмотка включена параллельно намагничивающей обмотке основного датчика в цепь источника питания.

На фиг. 1 показана общая схема магнитоупругого датчика усилий; на фиг. 2 — магнитоупругий датчик усилий дроссельного типа с узлом коррекции в виде датчика дроссельного типа; на фиг. 3 — магнитоупругий датчик усилий трансформаторного типа с узлом коррекции в виде датчика дроссельного типа; на фиг. 4 — магнитоупругий датчик усилий трансформаторного типа с узлом коррекции в виде трансформаторного датчика; на фиг. 5 — трансформаторный магнитоупругий датчик усилий типа прессдуктор с узлом коррекции в виде датчика типа прессдуктор; на фиг. 6 — кривая зависимости р, = f (Н); на фиг. 7 — диаграмма линеаризации характеристики при строгой пропорциональности корректирующего тока измеряемому усилию; на фиг. 8 — диаграмма линеаризации характеристики при нелинейной зависимости корректирующего тока от усилия.

Магнитоупругий датчик усилий (см. фиг. 1) содержит магнитопровод 1, имеющий звенья, которые изменяют свои характеристики благодаря магнитоупругому эффекту, а также измерительную 2 и намагничивающую 3 обмотки, причем последняя включена в цепь источника 4 питания. Последовательно в

3 стр., 1262 слов

Датчики тока и напряжения

... вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке: где - коэффициент трансформации. Достоинством таких датчиков является то, что они обеспечивают гальваническую развязку с высоким пробивным напряжением. А ...

G5 цепь обмотки 2 включен регистрирующий прибор 5.

Магнитоупругий датчик дроссельного типа (фиг. 2) содержит основной магнитопровод 1, на котором расположена обмотка 2, совмещающая функции измерительной 2 и намагничивающей 3 (см. фиг. 1) обмоток. Обмотка 2 включена в цепь источника 4 питания.

В цепь обмотки 2 последовательно подключен регистрирующий прибор 5. Кроме того, на магнитопроводе 1 размещены дополнительная обмотка 6, в цепь которой последовательно включен узел 7 в виде дроссельного датчика, корректирующий величину тока в дополнительной обмотке 6 в соответствии с приращением общей проводимости датчика на единицу усилия P.

Дополнительный магнитопровод 8 узла коррекции 7 контактирует с магнитопроводом

1 и через него также воспринимает прикладываемое усилие P. Обмотка 9 узла коррекции соединена последовательно с дополнительной обмоткой 6 и включена параллельно обмотке 2 в цепь источника 4 питания.

В большинстве случаев магнитоупругие силоизмерители работают при магнитных напряженностях H в материале магнитопровода, отличающихся от значений, соответствующих максимуму магнитной проницаемости, т. е. на участке а — а» или, преимущественно, на участке с — с» кривой V =f(H) (фиг. 6).

На этих участках изменение магнитной напряженности H в материале магнитопровода

1 приводит к существенному изменению его магнитной проницаемости, а следовательно, и проводимости Y датчика. На участке а — а» увеличение напряженности Н вызывает уменьшение проводимости У, а на участке с — с» — увеличение проводимости Y магнитопровода 1.

Нелинейность характеристики датчика отражает непостоянство приращения его проводимости Y на единицу усилия P по мере увеличения его воздействия на магнитопровод 1. Для обеспечения линейности характеристики необходимо дополнительное приращение проводимости У на единицу усилия P.

С этой целью используется дополнительная обмотка 6, в цепь которой включен узел 7 коррекции, в данном случае дроссельный датчик.

На фиг. 7 приведены характеристики датчика, полученные при различных величинах тока i в дополнительной обмотке 6 при нагружении датчика усилием P (участок с — с» кривой ц=f(H), обмотки 2 и 6 включены встречно).

Кривые 1 — Х (см. фиг. 8) получены путем ступенчатого увеличения тока в дополнительной обмотке 6 с сохранением его неизменного значения во всем диапазоне усилий P. Кривую 10, соответствующую линеаризованной характеристике, получают за счет последовательного увеличения тока в дополнительной обмотке по мере роста усилия, воздействующего на датчик.

552528

Процесс линеаризации происходит следующим образом.

При воздействии усилия P на магнитопроводы 1, 8 проводимость датчика возрастает.

Величина тока, проходящего через обмотку 9 узла 7 коррекции и затем через дополнительную обмотку 6, также растет. Увеличение тока в дополнительной обмотке на единицу приложенного усилия P влечет за собой некоторое уменьшение проводимости У датчика. Это приращение складывается с приращением проводимости У, вызванным воздействием усилия P. Уменьшение проводимости

У, вызванное узлом коррекции, оказывается больше, при малых усилиях и по мере роста усилия воздействия узла 7 убывает. В результате обеспечивается постоянство приращения проводимости датчика во всем диапазоне контролируемых усилий, т. е. получаем линеаризованнуIO характеристику (фиг. 8, кривая 10).

5 стр., 2089 слов

Чувствительные элементы или датчики

... датчики могут быть классифицированы следующим образом: датчики сопротивления, датчики индуктивности, датчики емкости, датчики напряжения, датчики тока, датчики фазы, датчики частоты, датчики числа импульсов, датчики длительности импульса, датчики ... тонкостенным ротором. Обмотка возбуждения тахогенератора питается от ... полученной таким образом электрической цепи появится электрический ток ввиду наличия ...

При работе датчика на участке а — а» кривой p=f(Н) (фиг. 6) процесс аналогичен, но для соответствия знаков приращений дополнительная обмотка 6 должна создавать магнитный поток, направленный согласно с основным, т. е. ее нужно включить в противофазу по сравнению с описанным вариантом.

Магнитоупругий датчик усилий трансформаторного типа (фиг. 3) содержит основной магнитопровод 1, измерительную 2, намагничивающую 3 обмотки. Намагничивающая обмотка 3 включена в цепь источника 4 питания а измерительная 2 последовательно сое1 динена с регистрирующим приоором 5, с которого снимают сигнал, соответствующий измеряемому усилию. На магнитопроводе 1 расположена дополнительная обмотка 6, в цепь которой последовательно включен узел

7 в виде дроссельного датчика, корректирующий величину тока в дополнительной обмотке 6 в соответствии с прирягцением его проводимости на единицу усилия.

Принцип линеаризации характеристик магнитоупругого датчика усилий трансформатопного типа аналогичен описанному для устройства на фиг. 2.

Трансформаторный дятчпк усилий (фиг.4) содержит элементы 1 — 9, указанные на фиг.

2, 3. В качестве узла 7 коррекции в данном устройстве использован трансформаторный датчик, вторичная обмотка 9 которого соединена последовательно с дополнительной обмоткой б, включенной согласно или встречно с основной намагничиваюшей обмоткой 3, а первичная обмотка 11 включена в цепь источника 4 питания параллельно намагничивающей обмотке 3.

При работе датчика с трансформаторным орректирующим датчиком действует тот же принцип коррекпии величины тока в дополнительной обмотке б. В данном случае при оздействии усилия на мягнитопроводы 1, 8 магнитная проницаемость датчика уменьшается, вследствие чего понижается и напря1О

65 жение, наводимое на вторичной обмотке 9 датчика. При этом уменьшается ток i в дополнительной обмотке 6, что приводит к соответствующему изменению напряжения на измерительной обмотке 2.

Трансформаторный датчик типа прессдуктор (фиг. 5) содержит магнитопровод 1, уложенные в сквозных пазах магнитопровода 1 измерительную 2 (I — I ) и намагничивающую

3 (П вЂ” IИ обмотки. Намагничивающая обмотка 3 (I! — II) включена в цепь источника

4 питания, а измерительная обмотка 2 (I — !) соединена с регистрирующим прибором 5.

Совместно с основной намагничивающей обмоткой 3 уложена дополнительная обмотка 6.

Дополнительная обмотка 6, включенная встречно или согласно с обмоткой 3. соединена последовательно с вторичной обмоткой

9 (П вЂ” II) узла 7 коррекции, выполненного в виде трансформаторного датчика типа прессдуктор, содепжащего дополнительный магнитопровод 8, контактно .ющий с основным магнитопооводом 1. Первича я обмотка 11 (! — I) корректирующего датчика включена в цепь источника 4 питания параллельно с намагничиваюшей обмоткой 3.

Принцип линеаризации характеристик магнитоупру гого датчика прессдукторного типа аналогичен описанному для устройства на фиг. 4.

Таким образом выполнение магнитоупругих силоизмерителей с узлом коррекции позволило повысить точность магнитоупругих датчиков -,à счет снижения погрешности от нелинейности харя ктеристик датчиков, без повышения остальных составляющих погрешности: температурной, гистерезиса и т. д.

Формула изобретения

4 стр., 1876 слов

Принцип работы электромагнитных датчиков

... перемещений изменяется индуктивность обмотки L или ее взаимоиндуктивность М с обмоткой возбуждения. Поэтому в технической литературе электромагнитные датчики часто называют индуктивными. Электромагнитные датчики обычно рассматривают ... сопротивление магнитной цепи, состоящей из сердечника, якоря и воздушного зазора 5. Следовательно, изменится индуктивность обмотки 2. Поскольку эта обмотка включена на ...

1. Магнитоупругий датчик усилий, содержащий магнитопровод с размещенными на нем измерительной обмоткой, подключенной к пегистрирующему прибор и намагничивающей обмоткой, включенной в цепь питания, отличающийся тем. что, с пелью повышения точности датчика путем улучшения линейности е о выходных характеристик, в него введены дополнительная обмотка и узел коррекции, выполненный в виде контактирующего с основным дополнительного магнитопровода с об лотками и включенный последовательно в цепь дополнительной обмотки, а последняя расположена на основном магнитопроводе.

2. Датчик по п. 1, отл ич а ю щи и с я тем, что узел коррекции выполнен в виде датчика дроссельного типа, а дополнительная обмотка с последовательно подсоединенной обмоткой узла коррекции включена параллельно нямагничиваюшей обмотке основного датчи«а в цепь источника питания.

3. Датчик по и. 1, отл ич а ю щи йс я тем, что узел коррекции выполнен в виде трансформаторного датчика, причем дополнительная обмотка соединена последовательно с

552528

7 вторичной обмоткой узла коррекции, а его первичная обмотка включена параллельно намагничивающей обмотке основного датчика в цепь источника питания.

1. Авт. св. № 98177, кл. G 01L 1/12, 1951.

2. Авт. св. № 324520, кл. G 01L 1/12, 1969.

3. Гинзбург В. Б. Магнитоупругие датчики.

Библиотека по автоматике, вып. 412, М,, Энергия, 1970.

4. Шишкинский В. И., Крашенникова А. Л.

5 Основные характеристики монолитных магнитоанизотропных датчиков. «Приборы и системы управления», № 1, 1969, с. 39 (прототип) .

552528 ос

Ю,2

Составитель В. Зыль

Техред А. Камышникова

Корректор Л. Котова

Редактор И. Грузова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 682/15 Изд. № 311 Тираж 1054 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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