ITMI991313A1 - Trasduttore magnetostrittivo ad elevata precisione di misura - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato riguarda un trasduttore magnetostritti vo ad elevata precisione di misura. Più particolarmente, i l trovato riguarda un trasduttore magnetostritti vo di costruzione semplificata e di precisione migliorata rispetto a trasduttori di tipo noto.

I trasduttori magnetostri tti vi sono trasduttori solitamente impiegati per misurare una posizione, impiegando un datore di posizione di tipo magnetico.

In particolare, un trasduttore del tipo sopracitato comprende un tubo in lega speciale attraversato da un conduttore di rame a cui viene applicato un impulso di corrente. Il conduttore di rame deve trasportare l 'impulso di corrente da un'estremità all 'altra del tubo in lega, e riportare l 'impulso di corrente al punto di partenza, per chiudere il circuito.

Un datore di posizione (magnete permanete) determina la misura della posizione della zona di lavoro del trasduttore. Le linee di campo del datore di posizione sono perpendicolari al campo rotazionale, generato dall 'impulso di corrente nel tubo in lega, e si concentrano anch'esse nel punto di misura. In quel punto i campi magnetici interagiscono ed inducono, nella microzona della struttura, una deformazione elastica torsionale per effetto magnetostri tti vo. Tale deformazione è, a tutti gli effetti, un'onda meccanica torsionale che si propaga nelle due direzioni del tubo stesso. Da un lato la propagazione dell 'onda meccanica viene smorzata mediante opportuni mezzi di smorzamento, mentre in corrispondenza dell'estremità opposta, l'onda meccanica viene rilevata a mezzo di un pick-up induttivo e convertita in un segnale elettrico. Il ritardo di tempo tra l'impulso di eccitazione (impulso di corrente) applicato ad una estremità del tubo ed il ritorno magnetostrittivo rappresenta la posizione del datore di posizione (magnete permanente).

I trasduttori magnetostrittivi di tipo noto hanno l'inconveniente di dover prevedere un percorso di andata dèlia corrente all'interno del tubo (lungo il conduttore di rame) ed un percorso ovviamente di ritorno alla medesima, attraverso un conduttore di rame che costituisce un percorso chiuso con il conduttore di rame che porta l'impulso di corrente di andata.

Quindi avendo bisogno di un percorso di andata di un percorso di ritorno occorre prevedere un conduttore di rame per il percorso di andata ed un conduttore analogo, ad esso collegato, per il percorso di ritorno,Questo comporta difficoltà costruttive del trasduttore magnetostrittivo, date anche le dimensioni ridotte del trasduttore stesso.

Inoltre, lo smorzamento dell'onda meccanica risulta essere molto importante, in quanto se l'onda che si propaga verso una estremità del tubo, opposta a quella in cui l'onda deve essere rilevata, non viene adeguatamente smorzata, si possono avere ritorni di onda che interferiscono in modo costruttivo o distruttivo con l'onda meccanica destinata ad essere rilevata, falsando quindi la corretta misura.

Lo smorzamento dell'onda meccanica è unicamente affidato alla presenza di elementi smorzanti, quali ad esempio assorbitori in gomma siiiconica, che consentono di smorzare l'onda meccanica lungo il tubo magnetostrittivo,ma talvolta questa soluzione non risulta essere pienamente soddisfacente.

Compito precipuo del presente trovato è quello di realizzare un trasduttore magnetostrittivo ad elevata precisione di misura, che consenta di essere realizzato con una struttura semplificata rispetto a trasduttori di tipo noto.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasduttore magnetostrittivo ad elevata precisione di misura, in cui lo smorzamento dell'onda meccanica sia effettuato in modo ottimale, per non falsare la misura fornita dal trasduttore.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasduttore magnetostrittivo ad elevata precisione di misura, in cui le vibrazioni esterne cui può essere soggetto il trasduttore non influenzino, se non in misura minima, la precisione della misura.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un trasduttore magnetostrittivo ad elevata precisione di misura, che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un trasduttore magnetostrittivo, ad elevata precisione di misura, comprendente un tubo contenitore alloggiante un tubo magnetostrittivo al cui interno è alloggiato un filo conduttore, mezzi trasduttori essendo previsti ad una estremità di detto tubo magnetostrittivo, a dettimezzi trasduttori essendo collegati mezzi di rilevamento del segnale rilevato da detti mezzi trasduttori, caratterizzato dal fatto che detto tubo magnetostrittivo è collegato a detto tubo contenitore mediante mezzi conduttori atti à realizzare una continuità elettrica tra detto filo conduttore alloggiato entro detto tubo magnetostrittivo e detto tubo contenitore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del trasduttore secondo il trovato, illustrato a titolo indicativo e non limitativo nell'unito disegno, in cui:

la figura 1 illustra, in vista in sezione, il trasduttore magnetostrittivo secondo il trovato, in cui tuttavia non sono evidenziati i magneti permanenti atti a realizzare 1'effetto magnetostrittivo; e

la figura 2 illustra porzioni di dettaglio, in sezione,della figura 1. Con riferimento quindi alla figura sopra citata, il trasduttore magnetostrittivo secondo il trovato, globalmente indicato dal numero di riferimento 20, comprende un tubo metallico esterno 1 che costituisce l'involucro di contenimento del trasduttore magnetostrittivo vero e proprio, il quale tubo alloggia internamente un tubo in materiale magnetostrittivo 2 il quale a sua volta alloggia internamente un filo conduttore, preferibilmente di rame, 3, destinato a trasportare l'impulso di corrente da una estremità all'altra del tubo magnetostrittivo 2.

Una delle peculiarità del trovato consiste nel fatto che il percorso di ritorno della corrente che percorre il conduttore 3 è dato dal tubo contenitore esterno 1, realizzato in materiale metallico amagnetico.A tal fine, è previsto un collegamento tra il tubo in materiale magnetostrittivo 2 e il tubo contenitore 1 che alloggia il tubo 2.Tale collegamento è realizzato mediante mezzi conduttori atti a realizzare una continuità elettrica tra il conduttore di rame 3 ed il tubo esterno 1.Talimezzi conduttori possono ad esempio essere realizzati da un tappo di chiusura e contatto 4 che è disposto all'estremità del tubo contenitore 1, opposta all'estremità in corrispondenza della quale viene immessa corrente nel filo conduttore 3.

In corrispondenza dell'estremità del tubo contenitore 1 in cui è previsto il tappo di chiusura 4 sono inoltre previsti mezzi di smorzamento, ad esempio realizzati in gomma siliconica, 5, disposti attorno al tubo magnetostrittivo 2, in modo tale da smorzare le onde meccaniche trasmesse lungo il tubo magnetostrittivo 2, verso l'estremità opposta a quella in cui le onde meccaniche devono essere effettivamente rilevate e trasdotte in segnali elettrici.

Al fine di smorzare ulteriormente tali onde, il tubo magnetostrittivo 2 è provvisto di almeno una tacca 6 praticata tra i mezzi di smorzamento 5 e il tappo di chiusura 4, in modo tale che il tubo magnetostrittivo 2 sia reso rigido in senso assiale e deformabile nel senso torsionale.

A tal fine, è preferibile prevedere una coppia di tacche 6 disposte sostanzialmente affacciate e tra loro sfalsate.

Inoltre, è previsto un tubo siliconico di centraggio 7 collocato fra il tubo contenitore 1 e il tubo magnetostrittivo 2,e tale tubo siliconico di centraggio è opportunamente parzialmente serrato attorno al tubo magnetostrittivo 2 mediante anellini di strozzatura 8 disposti intervallati lungo lo sviluppo del tubo magnetostrittivo 2.

All'estremità del tubo contenitore 1, opposta all'estremità in cui è previsto il tappo di chiusura 4, sono predisposti mezzi trasduttori di segnale, atti a rilevare le onde meccaniche che si propagano lungo il tubo magnetostrittivo 2, in seguito all ' immissione di un impulso di corrente lungo il conduttore di rame 3.

Tali mezzi trasduttori comprendono opportunamente una bobina 9 disposta attorno al tubo magnetostrittivo 2, e supportato da un elemento di supporto 10. Opportunamente, la bobina 9 è contenuta entro un elemento contenitore 11 disposto in corrispondenza dell 'estremità di testa del tubo contenitore 1, e al quale è collegato un circuito stampato 12 a cui è collegato un connettore 13 per il collegamento a mezzi di ricezione del segnale di ritorno rilevato dai mezzi trasduttori 9.

Il filo conduttore di rame 3 sporge dall 'estremità del tubo contenitore 1 che è collegata al circuito stampato 12, e consente di applicare, alla sua estremità 14, un impulso di corrente al filo conduttore 3 il qua-1 e si propaga quindi lungo tale conduttore fino ad arrivare all 'estremità opposta del tubo magnetostrittivo 2.

In pratica, l 'applicazione dell 'impulso di corrente all 'estremità 14 del conduttore 3 consente di produrre istantaneamente un campo magnetico circolare lungo il tubo magnetostrittivo 2. L'impiego di un magnete permanente (o più magneti) disposto con l 'asse perpendicolare all 'asse del tubo magnetostrittivo 2 (non illustrato nella figura) consente di avere linee di campo perpendicolari al campo generato nel tubo magnetostrittivo 2. Esattamente nel punto corrispondente al centro del magnete, da cui escono radialmente divergenti le sue linee di forza, avviene una interazione fra i campi magnetici generati dal magente e dalla corrente che percorre il tubo magnetostrittivo 2, e tale interazione provoca, per effetto magnetostrittivo, una deformazione elastica torsionale, ossia viene prodotta un'onda meccanica torsionale che, con segno opposto si propaga nelle due direzioni del tubo magnetostrittivo stesso.

Ad una estremità, e precisamente in corrispondenza dell'estremità in cui sono presenti i mezzi ammortizzatori 5 e le tacche 6, l'onda meccanica viene smorzata,mentre all'estremità opposta l'onda meccanica viene rilevata dai mezzi trasduttori 9 i quali la convertono in un segnale elettrico opportuno. Il tempo di ritardo esistente tra l'impulso di eccitazione immesso nel conduttore 3 ed il ritorno magnetostrittivo tenendo conto della velocità di propagazione (nota) dell'onda meccanica, dà un'indicazione della posizione dei magneti permanenti lungo lo sviluppo del tubo contenitore 1.

Il trasduttore secondo il trovato consente quindi di avere il ritorno dell'impulso di eccitazione di corrente non lungo un filo conduttore di ritorno, analogo al conduttore in cui l'impulso viene propagato,ma lungo il tubo contenitore 1,grazie al fatto che il tubo magnetostrittivo è collegato a tale conduttore mediante il tappo di chiusura 4.

Inoltre, lo smorzamento dell'onda meccanica è favorito, oltre che dalla presenza di mezzi ammortizzatori 5, anche dalla presenza della o delle tacche 6 le quali consentono di rendere il tubo magnetostrittivo mobile torsipnalmente e rigido assialmente.

Lo smorzamento pressoché totale delle onde meccaniche che si propagano verso l'estremità distale del tubo magnetostrittivo 2, ossia verso l'estremità opposta a quella in cui l'impulso di corrente viene immesso, consente di non avere onde meccaniche di ritorno che possono interferire con l'onda meccanica di ritorno che viene rilevata dai mezzi trasduttori 9, evitando quindi di falsare la misura del trasduttore magnetostrittivo.

Infatti, il tempo di ritardo tra l'impulso di corrente immesso nel conduttore 3 e l'onda meccanica rilevato dai mezzi trasduttori 9 rappresenta la posizione che assume il magnete permanente lungo lo sviluppo del tubo contenitore 1. Se tale tempo di ritardo viene falsato in quale modo, sia per disturbi esterni, sia per l'interferenza di onde meccaniche, la misura rilevata non sarà precisa.

Si è in pratica constatato come il trasduttore magnetostrittivo secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato, in quanto consente di semplificare la struttura costruttiva del trasduttore stesso, evitando un percorso di ritorno per l'impulso di corrente, sfruttando invece il tubo contenitore esterno, e prevedendo inoltre ulteriori mezzi di smorzamento dell'onda meccanica generata in seguito all'applicazione di un impulso di corrente.

Il trasduttore cosi concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1.‘Trasduttore magnetostrittivo, ad elevata precisione di misura, comprendente un tubo contenitore alloggiante un tubo magnetostrittivo al cui interno è alloggiato un filo conduttore, mezzi trasduttori essendo previsti ad una estremità di detto tubo magnetostrittivo, a detti mezzi trasduttori essendo collegati mezzi di rilevamento del segnale rilevato da detti mezzi trasduttori, caratterizzato dal fatto che detto tubo magnetostrittivo è collegato a detto tubo contenitore mediante mezzi conduttori atti a realizzare una continuità elettrica tra detto filo conduttore alloggiato entro detto tubo magnetostrittivo e detto tubo contenitore.
2. 2. Trasduttore magnetostrittivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto tubo magnetostrittivo è alloggiato entro un tubo siliconico di centraggio.
3. 3. Trasduttore magnetostrittivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere mezzi di smorzamento di onde meccaniche generate in seguito all'applicazione di un impulso di corrente a detto filo conduttore,disposti in corrispondenza dell'estremità di detto tubo magnetostrittivo, opposta all'estremità a cui viene applicato detto impulso di corrente.
4. 4. Trasduttore magnetostrittivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriori mezzi di smorzamento delle onde meccaniche, costituiti da almeno una tacca praticata sulla superficie esterna di detto tubo magnetostrittivo.
5. 5. Trasduttore magnetostrittivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una coppia di tacche disposte sostanzialmente in due piani paralleli e fra loro sfalsate, praticate sulla superficie esterna di detto tubo magnetostrittivo, tra detti mezzi di smorzamento delle onde meccaniche e detti mezzi di contatto elettrico tra detto tubo magnetostrittivo e detto tubo contenitore.
6. 6. Trasduttore magnetostrittivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto tubo di centraggio è serrato parzialmente attorno a detto tubo magnetostrittivo tramite anelli di strozzatura disposti distanziati lungo lo sviluppo di detto tubo magnetostrittivo, per sostenere in modo flottante detto tubo magnetostrittivo entro detto tubo contenitore.
7. 7. Trasduttore magnetostrittivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.