DE1773058C

DE1773058C - Power giver

Info

Publication number: DE1773058C
Authority: DE
Inventors: Arkady Matwejewitsch Sisojan Ripsime Gngorjewna; Alanija Ansor Markosowitsch; Schnaider Teodor Maisejewitsch; Goldman Michail Gngorjewitsch; Tiflis Schapiro (Sowjetunion)
Original assignee: Nautschno-issledowatelskij Institut pnborostrojenija i sredstw awtomatisazn, Tiflis (Sowjetunion)
Publication date: 1971-07-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftgeber rung der Elemente des Magnetleiters. ^! The invention relates to a force generator tion of the elements of the magnetic conductor. ^!

mit einem im Gehäuse eingebauten aktiven empfind- Nachstehend wird die Erfindung an Hand eineswith an active sensor built into the housing

liehen Element, das durch Veränderung eines quer Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf dieborrowed element, which by changing a transverse embodiment with reference to the

zur Kraftrichtung verlaufenden Luftspaltes auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtto the force direction extending air gap explained in more detail on the drawings. It shows

zu messende Kraft anspricht, und einem passiven 5 Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines erfindungs-responds to the force to be measured, and a passive 5 Fig. 1 shows the basic circuit diagram of an inventive

Element, wobei die Elemente aus Blechpaketen her- gemäßen Gebers,Element, whereby the elements are made from sheet metal stacks of conventional encoders,

gestellte Magnetleiter und in Reihe mit den Abschnit- Fig. 2 und 3 Kennlinien des Gebers in Kraft-provided magnetic conductors and in series with the sections Fig. 2 and 3 characteristics of the encoder in force

ten der Primärwicklung eines Anpassungstransfor- . bereichen zwischen 0 und 100 bzw. 100 und 50Ökp.ten of the primary winding of a matching transformer. range between 0 and 100 or 100 and 50 kp.

mators liegende Wicklungen aufweisen. Das aktive Element 1 und das passive Element 2mators have horizontal windings. The active element 1 and the passive element 2

Es ist eine Vielzahl von Gebern zum Messen von io des Gebers (Fig. 1) haben gleichen Aufbau und sindThere is a large number of encoders for measuring io of the encoder (Fig. 1) have the same structure and are

Kräften bekannt, die auf verschiedenen Methoden der in eine Stahlbüchse 3 derart eingebaut, daß sich dasKnown forces that are built into a steel sleeve 3 in such a way that the

Umformung von mechanischen Kräften in elektrische , aktive Element 1 auf eine Zwischenscheibe 4 stütztConversion of mechanical forces into electrical, active element 1 is based on an intermediate disk 4

Größen beruhen. . und das passive Element 2 an dieser aufgehängt ist.Sizes are based. . and the passive element 2 is suspended from it.

In automatischen Steuerungssystemen haben Geber Die Magnetleiter der Elemente 1 und 2 sind ausIn automatic control systems, encoders have The magnetic conductors of items 1 and 2 are off

die größte Verbreitung gefunden, die den Einfluß der 15 mit Isolierlack bestrichenen Platten geschichtet, z. B.found the greatest spread, which layered the influence of the 15 coated panels with insulating varnish, z. B.

zu messenden Kraft auf den Wechselstromwiderstand aus ringförmigen gestanzten Transformatorstahl-force to be measured on the alternating current resistance from ring-shaped stamped transformer steel

der Wicklung eines Elektromagneten ausnutzen, blechen. Auf die Magnetleiter sind Wicklungen 5take advantage of the winding of an electromagnet, sheet metal. There are windings 5 on the magnetic conductors

Die sogenannten induktiven Geber, die einen Ma- und 6 aufgeschoben.The so-called inductive encoders, which have a measure and 6 postponed.

gnetleiter mit veränderlichem Luftspalt, beispiels- Das . aktive Element 1 enthalt in der ünmagneweise mit einem quer zur Kraftrichtung verlaufenden 20 tischen Büchse 7 aufeinaridergeschichtete Bleche und Luftspalt (deutsche Auslegeschrift 1 255 347, deutsche wird von der zu messenden Kraft über ein Polster 8 Patentschrift 740 762), aufweisen, haben geringere und eine Stahlscheibe 9, die durch eine Gummi-Genauigkeiten, da sich dieser Luftspalt auch unter manschette 10 abgedichtet ist, beaufschlagt, dem Einfluß von Temperaturschwankungen ändert. Der Magnetleiter des aktiven Elementes 1 ist so-Ein wesentlicher Nachteil der elastischen magneti- 25 mit aus Blechen mit einem Zwischenluftspalt gesehen Geber besteht in der dafür erforderlichen korn- schichtet, der sich unter der Einwirkung der zu mesplizierten Fertigungstechnik. . senden Kraft vermindern kann. Die Größe der Luft-So müssen beispielsweise die Stäbe der Magnet- spalte, die sich zwischen den Blechen infolge ihrer leiter beim Zusammenbau von solchen Gebern spe- natürlichen Krümmung bilden, beträgt im Mittel 10 ziell in bezug auf die Walzrichtung orientiert, werden, 30 bis 15 Mikrometer. 'Gnetleiter with variable air gap, for example- Das. active element 1 contains in the non-magnetic manner with a transverse to the direction of force extending 20 table sleeve 7 aufeinaridergeschichten sheets and Luftspalt (German Auslegeschrift 1 255 347, German is of the force to be measured over a pad 8 Patent specification 740 762), have lower and a steel disc 9, which by a rubber accuracies, since this air gap is also sealed under the sleeve 10, applied, the influence of temperature fluctuations changes. The magnetic conductor of the active element 1 is so-on significant disadvantage of the elastic magneti- 25 seen with sheet metal with an intermediate air gap The encoder consists of the grain stratification required for this, which under the influence of the to be mesplicated Manufacturing engineering. . send force can diminish. The size of the air so For example, the rods of the magnetic gaps that are located between the sheets as a result of their conductors when assembling such encoders form a special natural curvature is 10 on average Targeted with respect to the direction of rolling, will be, 30 to 15 micrometers. '

was den Montagevorgang wesentlich kompliziert. Unter der Einwirkung einer zu messenden Kraft Ein anderer Nachteil der elastischen magnetischen »P«, die auf die Scheibe 9 drückt, werden die Bleche Geber besteht in der verhältnismäßig geringen Emp- ausgerichtet, und der Abstand zwischen ihnen verfindlichkeit bei kleinen mechanischen Beanspruchun- ringert sich. Das Ausrichten der Bleche unter Einwirgen. Dies beschränkt ihre Einsatzmöglichkeiten auf 35 kung der zu messenden Kraft stellt eine elastische die Messung von großen Kräften (Drucke in Walz- Biegeverformung dar. Nach dem Aufhören der mestraßen, Gewicht von Waggons u. a.), die im Geber chanischen Beanspruchung kehren die Bleche in die mechanische Spannungen von 15 bis 20kp/mm² er- Ausgangslage zurück, und die Größe der Luftspalte zeugen. Bei Beanspruchungen unter 1 kp/mm² ist die zwischen ihnen geht auf die Ausgangsgröße zurück. Empfindlichkeit der elastischene magnetischen Geber 40 Die erste Arbeitsstufe des Gebers besteht also in zu gering. ^A einer Umformung der mechanischen Beanspruchung Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Kraftgeber in eine elastische Veränderung des Abstandes zwiangegeben werden, der in einem weiten Belastungs- sehen den Blechen des aktiven Elementes 1. bereich hochempfindlich ist und der fertigungstech- Die zweite Arbeitsstufe des Gebers besteht in einer nisch unkompliziert ist. Es soll also ein Kraftgeber 45 Umformung der Abstandsänderung zwischen den mit einem empfindlichen Element geschaffen wer- Blechen des aktiven Elementes 1 in eine Veränderung den, das sowohl auf große als auch auf sehr geringe des Wechselstromwiderstandes der Wicklung 5. mechanische Belastungen zu reagieren in der Lage ist. Im Raum zwischen den Stahlblechen fehlt der ma-Dies wird bei einem Kraftgeber der eingangs er- gnetische Arbeitsfluß (er schließt sich vollständig im wähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß 50 Stahl, und der Streufluß kann in Anbetracht seiner das aktive und das passive Element form- und ab- unwesentlichen Größe vernachlässigt werden), messungsgleich ausgebildet sind und daß die Ma- In diesem Raum existiert aber das magnetische gnetleiter aus Blechen derart geschichtet sind, daß sie Feld der Wirbelströme in den Stahlblechen, das senkin Wirkungsrichtung der zu messenden Kraft und recht zu den Kraftlinien gerichtet ist. Bei Annäherung parallel zur Fläche der magnetischen Kraftlinien einen 55 der Oberflächen der Bleche führt das normale Feld Luftspalt zwischeneinander aufweisen und unter der Wirbelströme zur Erhöhung der Wirbelstrom-Druckeinwirkung einer elastischen Annäherung fähig leistung im Kern, was einer Verminderung des sind, wobei sich die Größe der Wirbelströme in den Wechselstromwiderstandes der Wicklung 5 entBlechen und dadurch der Wechselstromwiderstand spricht.which complicates the assembly process considerably. Under the action of a force to be measured Another disadvantage of the elastic magnetic "P" that presses on the disk 9, the metal encoders consists in the relatively low level of reception, and the distance between them decreases with small mechanical loads . Aligning the sheets by inserting them into place. This limits their application possibilities to 35. The force to be measured is elastic, the measurement of large forces (pressures in rolling and bending deformation. After the mestrasse stops, weight of wagons, etc.), the mechanical stress in the encoder returns the sheet metal to the mechanical one Tensions of 15 to 20kp / mm ^{2 are the} starting position and the size of the air gaps are evidence of this. In the case of stresses below 1 kp / mm ² , the difference between them goes back to the initial size. Sensitivity of the elastic magnetic encoder 40 So the first stage of the encoder is too low. ^A reshaping of the mechanical stress. With the present invention, a force transducer is to be given in an elastic change in the distance, which is highly sensitive in a wide load see the sheets of the active element 1. area and the manufacturing technology one that is niche uncomplicated. A force transducer 45 is supposed to transform the change in distance between the sheets of the active element 1 with a sensitive element into a change that is able to react to both high and very low alternating current resistance of the winding 5. mechanical loads is. In the space between the steel sheets, there is no such thing as the initially energetic work flow (it closes completely in the manner mentioned according to the invention by using 50 steel, and the leakage flux can form the active and the passive element in view of it - and negligible size are neglected), are designed with the same measurements and that the measurements are in this space but the magnetic magnetic conductor made of metal sheets are layered in such a way that they field the eddy currents in the steel sheets, the downward direction of the force to be measured and right is directed to the lines of force. When approaching parallel to the surface of the magnetic lines of force one 55 of the surfaces of the sheets results in the normal field having an air gap between each other and under which eddy currents are capable of increasing the eddy current pressure effect of an elastic approximation power in the core, which is a decrease in the size of the Eddy currents in the alternating current resistance of the winding 5 bleed and the alternating current resistance speaks.

der Wicklung des empfindlichen Elementes ändern. 60 Der Gesamtwiderstand der Wicklung 6 des pas-change the winding of the sensitive element. 60 The total resistance of winding 6 of the pass-

Vorteilhaft ist der Magnetleiter des empfindlichen siven Elementes 2 bleibt konstant, da das Element 2It is advantageous that the magnetic conductor of the sensitive sensitive element 2 remains constant, since element 2

Elementes als Hohlzylinder ausgebildet, der aus mit an der Zwischenscheibe 4 frei aufgehängt ist und vonElement designed as a hollow cylinder, which is freely suspended from with on the intermediate disk 4 and from

Luftspalt untereinander in einem unmagnetischen der Kraft P nicht beaufschlagt wird. Die Wicklungen 5Air gap between each other in a non-magnetic force P is not applied. The windings 5

Zylinder geschichteten ringförmigen Transformator- und 6 des aktiven und passiven Elementes sind mitCylinders layered annular transformer and 6 of the active and passive element are with

blechen zusammengesetzt ist. 65 Abschnitten der Primärwicklung eines Anpassungs-sheet metal is composed. 65 sections of the primary winding of a matching

Ein Vorteil dieser Lösung Hegt in einer wesent- transformators 11 in Reihe geschaltet. ' - ·One advantage of this solution lies in a major transformer 11 connected in series. '- ·

liehen Erhöhung der Empfindlichkeit auf Grund einer Im Ausgangszustand (P = O) sind die Ströme Z₁ In the initial state (P = O), the currents Z ₁

Veränderung der Wirbelstromleistung bei Annähe- und /., infolge der vollen Schaltungssymmetrie gleichChange in eddy current power when approaching and /., Due to full circuit symmetry, the same

und entgegengerichtet: Deshalb sind der resultierende Magnetfluß des Transformators und die EMK der Primärwicklung gleich Null. Beim Zusammendrücken des aktiven Elementes durch die Kraft P steigt der StromZ₁ an, und der Strom/, vermindert sich. Infolgedessen entsteht im Kern des Transformators 11 ein resultierender Magnetfluß, der in der Sekundärwicklung eine verhältnisgleiche Spannung induziert. In F i g. 2 und 3 sind die Kennlinien des Gebers U = /(P, σ) dargestellt. Dabei bedeutenand opposite: Therefore the resulting magnetic flux of the transformer and the EMF of the primary winding are zero. When the active element is compressed by the force P, the current Z ₁ increases and the current /, decreases. As a result, a resultant magnetic flux arises in the core of the transformer 11, which induces a proportional voltage in the secondary winding. In Fig. 2 and 3 show the characteristics of the encoder U = / (P, σ). Mean

U Ausgangsspannuhg des. Gebers in V, P mechanische Kraft in kp, U output voltage of the encoder in V, P mechanical force in kp,

P a = -α- mechanische Spannung im Kern des P a = -α- mechanical stress in the core of the

Gebers in kp/mm²,
S Querschnittfläche des Geberkernes.Encoder in kp / mm ² ,
S Cross-sectional area of the encoder core.

IOIO

2020th

Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, beträgt die Anfangsempfindlichkeit des Gebers 0,1 V/kp im Bereich von 0 bis 0,05 kp/mm².As shown in FIG. 2, the initial sensitivity of the encoder is 0.1 V / kp in the range from 0 to 0.05 kp / mm ² .

Eine so hohe Empfindlichkeit besitzt keiner der bekannten Kraftgeber.None of the known force transducers has such a high sensitivity.

Die Prüfung eines Versuchsmodells des erfindungsgemäßen Gebers hat unter allen Betriebsbedingungen eine hohe Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Stabilität ergeben. Der größte Meßfehler des Gebers lag unter 1 °/o. Die Lebensdauer beträgt mindestens 10 000 h.The test of a test model of the encoder according to the invention has under all operating conditions result in high accuracy, reliability and stability. The largest measurement error of the encoder was under 1 ° / o. The service life is at least 10,000 hours.

Claims

Patent claims:

1. Force transmitter with an active sensitive element built into the housing, which responds to the force to be measured by changing an air gap running transversely to the direction of force, and a passive element, the elements of which are magnetic conductors vtad made from laminated cores in series with the sections of the primary winding of a matching transformer have horizontal windings, characterized in that the active and the passive element (1 and "2) are of the same shape and dimensions and that the magnetic conductors are layered from metal sheets in such a way that they are in the direction of action of the force to be measured and parallel to the surface of the magnetic Lines of force have an air gap between each other and are capable of an elastic approach under the action of pressure, the size of the eddy currents in the metal sheets and thereby the alternating current resistance of the winding (5) of the sensitive element (1) changing.

2. Force transmitter according to claim 1, characterized in that that the magnetic conductor of the sensitive element (1) is designed as a hollow cylinder is arranged in a non-magnetic sleeve (7) with an air gap between them annular transformer steel sheets is layered.

1 sheet of drawings