PL41553B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 16 wrzesnia 1958 r.V to POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 41553 KI. 42 k,l/04 Vyzkumny a zkusebni leteck^ dstav Letnany kolo Pragi, Czechoslowacja I Czujnik do wykrywania zmian wart osci fizycznych na zasadzie elektromagnetycznej Patent trwa od dnia 15 grudnia 1956 r.Wynalazek niniejszy dotyczy czujnika do przetwarzania kazdej dowolnej wartosci fizycznej, np. mechanicznej, termicznej, akustycznej, aerodynamicz¬ nej, itd. na wielkosc elektryczna i to na zasadzie elektromagnetycznej* Znane sa liczne sposoby przetwarzania/przemiany/ wielkosci fizycznej na wielkosc elektryczna do czego sluza tak zwane nadajniki wykorzystujace najrozmaitsze zjawiska fizyczne, np# zmiany opornosci, indukcyjnosci pojem¬ nosci itd. Tego rodzaju przetwarzania sa albo z zasady proste, lecz wlasci¬ we pomiary wymagaja skomplikowanej i czulej aparatury albo tez odwrotnie, sposób przetwarzania jest skomplikowany i obarczony niedokladnoscia przy nadawaniu, natomiast pomiar jest prosty. Niezaleznie od tego istnieje jesz¬ cze wiele przypadków, gdzie zachodzi koniecznosc dokonania pomiarów,których przy uzyciu dotychczasowych sposobów przetwarzania nie mozna w ogóle roz¬ wiazac lub tez mozna je rozwiazac, lecz w sposób niezbyt dokladny.Inny znany sposób przetwarzania /przemiany/ wielkosci mechanicznej na wielkosc elektryczna polega na wykorzystaniu wlasnosci magnetycznych mate-rialów ferromagnetycznych poddanych naprezeniom skrecajacym* Wedlug tego sposobu wprowadza sie prad zmienny lub staly do preta z materialu magnetycz¬ nego poddanego naprezeniom skrecajacym, a z cewki nalozonej na pret pobie¬ ra sie sile elektromotoryczna indukowana na precie.Przetwarzanie /przemiana/ wielkosci mechanicznej na elektryczna moze byc wykonana równiez w ten sposób, ze prad zmienny lub staly wprowadza sie do cewki nalozonej na pret z materialu ferromagnetycznego, a mierzy sie sile elektromotoryczna wywolana na koncach preta przy jego skrecaniu. Glów¬ na wada obu tych sposobów polega na tym, ze prad wprowadzany do preta lub do cewki jest stosunkowo duzy w porównaniu z pradem mierzonym jako sygnal 1 Indukuje w obwodzie odbiorczym znaczne napiecie zaklócajace, które jest zalezne w zasadzie od polozenia przewodów doplywowych, tak iz te z reguly winny byó wyprowadzane na znaczna odleglosc wzdluz osi preta ferromagne¬ tycznego. Oczywiscie utrudnia to znacznie wykorzystanie opisanego sposobu w technice pomiarowej.Inna wielka wada tej metody polega na tym. ze przy obciazaniu preta i po Jogo odciazeniu uwydatnia sie znaczna histereza, która wywiera wplyw na wyniki pomiarów obnizajac znaoznle ich dokladnosc.Zasada czujnika do stwierdzania zmian wielkosci fizycznych sposobem elektromagnetycznym, stanowiacym przedmiot wynalazku polega na tym, ze rdzen ferromagnetyczny poddany naprezeniom skrecajacym jest magnesowany w stanie nasyconym za pomoca uzwojenia wzbudzajacego pradem wzbudzenia, przy czym uzwojenie wzbudzajace jest wykonane w postaci cewki toroidaAiej, otaczajacej rdzen, ftdzen* podlegajacy skrecaniu wywoluje odksztalcenie pola magnetycznego powstalego przez wzbudzanie, dzieki czemu powstaje skladowa pola magnetycznego Indukujaca sile elektromotoryczna. Te sile elektromoto¬ ryczna odbiera sie za pomoca cewki lub przewodu.W porównaniu ze znanymi sposobami nowy sposób przetwarzania posiada godna uwagi wlasciwosc, ze dla uzyskania sily elektromotorycznej stosuje sie proste urzadzenie nadawcze 1 odbiorcze, przy czym sposób ten jest bez¬ posredni i nie zawiera stopni posrednich, które wprowadzalyby niedokladnos¬ ci i obnizalyby sprawnosc przetwarzania.Inna wazna wlasnoscia czujnika wedlug wynalazku jest to, ze w porówna¬ niu do podobnych sposobów wartosc mierzona nie podlega wplywom przez induk¬ cje z przewodów doprowadzajacych, gdyz dzieki uzwojeniu wzbudzajacemu prady wzbudzania sa zmniejszone w przyblizeniu do poziomu pradów mierzonych, tak iz Indukcja z uzwojeniu odbiorczym jest mala i moze byc latwo usunieta np. przez wzajemne skrecenie przewodów doprowadzajacych/drutów/.Przez wzbudzanie rdzeni w stanie nasycenia magnetycznego usuwa sie histereze, a jednoczesnie wplyw wahali napiecia zródla wzbudzania i wplyw temperatury zmniejszaja sie tak znacznie, ze praktycznie nie oddzialywuja one na dokladnosc pomiarów. - 2 -Na rysunku przedstawiono schematycznie typowe przyklady wykonania na fig. 1, 2 i 3.Czujnik wedlug fig. 1 sklada sie z ferromagnetycznego rdzenia 1 I z na¬ lozonej na niego cewki odbiorczej 3,, polaczonej z obwodem odbiorczym £ • uzwojenie wzbudzajace 2, otaczajace rdzen" 1 w postaci cewki toroidalnej, jest polaczone z obwodem wzbudzajacym 4.Przy obciazeniu rdzenia 1 momentem skrecajacym, pierwotnie cylindrycz¬ ne pole magnetyczne, wytworzone w rdzeniu 1 przez prad zmienny przeplywaja¬ cy w uzwojeniu wzbudzajacym 4, odksztalca sie w ten sposób, iz otrzymuje sie równiez skladowa podluzna. Skladowa podluzna obudza w cewce ^ sile elektro¬ motoryczna odbierana przez obwód £, do którego moze byc wlaczony przyrzad np. pomiarowy, lub rejestracyjny.Inny typowy przyklad wykonania czujnika przedstawiono na fig. 2. W tym przypadku równiez na rdzeniu ferromagnetycznym 1, jest umieszczona cewka £, przylaczona do obwodu odbiorczego £• Do rdzenia ferromagnetycznego 1 jest przylaczony przewód 6, przepuszczony przez wnetrze rdzenia ,1*1 poza tym rdzeniem otoczony wspólosiowa rura,7, polaczona elektrycznie z rdzeniem 1.Swobodne konce przewodów 6 i rurki 7. sa< przylaczone do obwodu wzbudzajace¬ go 1 • Dzialanie tego czujnika jest takie same jak w przykladzie wykonania wedlug fig. 1. Wskutek przeplywu pradu wzbudzanie przez przewód 6, rdzeii 1 rurke 7. uzyskuje sie wobec wspólosiowego ukladu takie dzialanie, iz pola magnetyczne wytworzone przez ten przewód znosi sie, tak iz w cewce 3, nie moze byó wzbudzone zadjte napiecie zaklócajace.W przykladzie wykonania czujnik*-wedlug fig. 3 ferromagnetyczny rdzen skretny 1^ posiada równiez cewke 3, przylaczona do obwodu odbiorczego 5. Do rdzenia 1 1 tu równiez jest przylaczony przewód 6 przepuszczony przez wnetrze rdzenia. Rdzen 1 z cewka 3, jest otoczony wspólosiowym plaszczem przewodzacym 8, wykonanym najlepiej z materialu ferromagnetycznego. Rdzen 1 jest umocoirany na jednym koncu w dnie plaszcza 8. Scianka czolowa plaszcza 8 i swobodny koniec przewodu 6 sa przylaczone do obwodu wzbudzajacego.Dzialanie tej postaci wykonania wynalazku jest równiez takie same, jak w przykladzie wedlug fig. 1. Dzieki wspólosiowemu umieszczeniu przewodu 6 i plaszcza 8 osiaga sie równiez zniesienie indukcji pradu wzbudzania w cew¬ ce 3. Gdy plaszcz £ jest wykonany z materialu ferromagnetycznego, to w tym ukladzie mozna osiagnac jednoczesnie wzmocnienie Indukowanej sily elektro¬ motorycznej. Doprowadzenie pradu wzbudzenia moze byc równiez wykonane w ten sposób, ze prad wprowadza sie bezposrednio do rdzenia skretnego ^ zamiast do przewodu 6, który wówczas jest zbedny.We wszystkich przykladach wykonania obwody wzbudzania f* i obwody od¬ biorcze 5 moga byc miedzy soba zamienione. W tym przypadku w rdzeniu _1 jest wywolane podluzne pole magnetyczne, które odksztalca sie przy skrecaniu rdzenia 19 tak iz powstaje skladowa obrotowa, która indukuje sile elektro-motoryozna w obwodzie ft# ' Jako prad wzbudzenia z reguly stosuje sie prad zmienny. Mozna równiez stosowad prad staly lub tylko jeden pret z magnesu trwalego, w tym przy¬ padku jednak moment skrecajacy powinien miec skladowa imienna* Poniewaz stwierdzono, ze wskazania woltomierza przy stalych i innych wielkosciach sa rózne, jezeli stosuje sie rózne materialy ferromagnetyczne lub tez nawet jednakowe materialy o róznej.obróbce termicznej, róznej strukturze krystalicznej9 róznej wartosci naprezania wewnetrznego lub o strukturze uszkodzonej, to jednak czujnik stanowiacy przedmiot wynalazku moze byó z pozytkiem uzyty równiez do badania tych materlalów,przy czym w takim przypadku nie zachodzi zadne uszkodzenie mechaniczne badanych ma¬ terialów. Ten rodzaj zastosowania wynalazku umozliwia np. przeprowadzanie pomiarów w produkcji seryjnej, w celu stwierdzenia czy wyrób pozostaje w granicach tolerancji, jesli chodzi o wlasnosci materialowe, przy czym wy¬ rób nie zostaje uszkodzony ani tez wylaczony z dalszej obróbki* Zgodnie z dotychczasowymi doswiadczeniami mozna bylo stwierdzic, ze przy okreslonej wielkosci pradów wzbudzania nastepuje stan"nasycenia", wskutek czego wiel¬ kosc sily elektromotorycznej jest juz niezalezna od wahania'napiecia w czesci wzbudzania, co przedstawia wielka zalete, gdyz nie ma potrzeby w ogóle stabilizowania zródla. W granicach stosowania/w zakresie prawa Hooka/ urzadzenie pracuje liniowo i bez wyczuwalnej histerezy. W normalnych warun¬ kach temperatura równrez nie wywiera dostrzegalnego wplywu na przetwarzanie, o ile nie zwieksza oporu omowego*. Sam czujnik ma bardzo male wymiary i moze byc umieszczony w miejscach najbardziej niedostepnych. Jezeli czujnik jest stosowany jako dynamometr do pomiarów momentu obrotowego na wale maszyny,to konstrukcyjne wykonanie tego urzadzenia ma postac sprzegla, posiadajaoego rurke izolowana, zaopatrzona w uzwojenie wzbudzajace, przez która przeplywa prad doprowadzany badz* bezposrednio przez szczotki, badz tez za posrednia ctwem transformatora. Na zewnatrz jest wówczas umieszczony wlasciwy pret skrecania /rura/, który przenosi ruch obrotowy i na którym jest umieszczo¬ na cewka. Prad wzbudzony w cewce jest doprowadzany do oscyloskopu, wolto¬ mierza, aparatu rejestrujacego, przekaznika itd. do dalszych przemian.Czesto jest korzystniej zastapic cewke odbiorcza przez cewke wzbudzajaca.Mozna wiec za pomoca tego czujnika mierzyc nie tylko srednia wartosc momen¬ tu obrotowego, lecz mozna równiez sledzic i rejestrowac drgania skretne, poza tym zas jest mozliwa bezposrednia regulacja maszyny wzglednie w razie niebezpiecznego wzrostu obciazenia maszyny lub jej odciazenia moze byc ona wylaczona za pomoca przekaznika. Czujnik moze np. znalezc zastosowanie w turbinach, silnikach elektrycznych lub obrabiarkach.Czujnik wedlug wynalazku nie wymaga ani wiekszej przestrzeni, ani tez nie posiada skomplikowanej konstrukcji. Wielka zaleta czujnika wedlug wyna¬ lazku jest jego niewrazliwosc na zmiany temperatury w szerokich granicach. - 4 -Poza tym mozna wmontowac czujnik w miejscach niedostepnych i urzadzenie po¬ miarowe umiescic z dala od dynamometru. Urzadzenie to nadaje sie równiez do bezposredniego pomiaru mocy, tzn. badz przy stalej liczbie obrotów bez zad¬ nego specjalnego dopasowania/lecz tylko z odpowiednio dostosowana skala/ lub tez przy zmiennej liczbie obrotów, mierzonej za pomoca elektrycznego miernika obrotów, którego wskazania odpowiadaja ilosci przeplywajacego pra¬ du proporcjonalnie do liczby obrotów, przy czym prad jest wprowadzany do elektrodynamicznego przyrzadu pomiarowego, którego druga cewka otrzymuje prad z dynamometru proporcjonalnie do momentu obrotowego. Wskazanie przy¬ rzadu jest wówczas proporcjonalne do iloczynu obu pradów, tzn. do iloczynu momentu obrotowego 1 liczby obrotów. Urzadzenie to nadawaloby sie np. na stacji badania silników lub tez moze byc uzyte w stosunkowo prosty sposób obok mierników liczby obrotów równiez w samolotach, gdzie moc stanowi waz¬ ny, lecz dotychczas nie mierzony czynnik przy obserwowaniu pracy silnika 1 stanu samolotu* Innym zastosowaniem czujnika jest pomiar naprezenia u nasady smigla, gdzie dotychczas wszystkie metody pomiarowe sprawiamy wielkie trudnosci.Wynalazek ulatwia znacznie podejscie do zagadnienia. Mozna w tym przypadku, mierzyc nie tylko srednia wartosc momentu obrotowego, lecz równiez drgania skretne nasady smigla. Wykonanie konstrukcyjne nie jest uciazliwe* Równiez i odbiorcze urzadzenia tensometryczne moga byc wykonane tak, iz napiecie na powierzchni materialu zostaje przetworzone na obrót preta skretnego, a dalsze przetworzenie na sile elektromotoryczna moze byc wyko¬ nane wedlug wynalazku.Na ogól mozna mierzyc temperature, drgania, natezenie dzwieku,momenty zawieszenia steru ltd. w przypadku, gdy Impuls mierzony zostaje przetworzony na obrót preta skretnego i przetworzony dalej wedlug wynalazku.Zalety bezposredniego pomiaru moga byc np. wykorzystane przy pomiarze sily w tunelu aerodynamicznym, gdzie mozna równiez obserwowac i rejestrowac nieustalone przypadki oplywania z dostateczna dokladnoscia. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Czujnik do wykrywania zmian wartosci fizycznych na zasadzie elektromagne¬ tycznej , znamienny tym, ze ferromagnetyczny rdzen/j/ w ksztalcie preta, który jest magnesowany cylindrycznie pradem elektrycznym za pomoca obwo¬ du wzbudzenia /4/ w stanie nasyconym, jest polaczony mechanicznie z urza¬ dzeniem wywolujacym w rdzeniu naprezenia skrecajace przy czym cewka od¬ biorcza /3/, nalozona na rdzen /\j% jest przylaczona do obwodu odbiorcze¬ go /£/.

2. Czujnik wedlug zastrz.l, znamienny tym, ze do obwodu wzbudzenia /4/ jest przylaczone uzwojenie wzbudzajace /2/_, które stanowi cewka toroidalna, otaczajaca magnesowana czesc rdzenia/^l/. - * _3# Czajnik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do ferromagnetycznego rdzenia I\J jest przylaczony przewód /§/ który przechodzi czesciowo przez wnetrze rdzenia /2/9 a w czesci polozonej poza rdzeniem /l/ jest otoczony rura /7/ polaczona elektrycznie z rdzeniem /}/$ przy tym swobod¬ ne konce przewodów /§/ 1 rury /£/ sa przylaczone do obwodu wzbudzenia 4. Czujnik wedlug zastrz. 113, znamienny tym, ze rdzen* /\J z cewka /j/ jest otoczony plaszczem przewodzacym /§/9 przy czym rdzen/l/ jednym ze swych konców jest umocowany w dnie plaszcz* /§/, a scianka czolowa plaszcza /&/ oraz swobodny koniec przewodu /§/ sa przylaczone do obwodu wzbudzenia /ft/. 5. Czujnik wedlug zastrz. 1 14, znamienny tym, ze obwód wzbudzenia'/4/ jest przylaczony do swobodnego konca rdzenia /l/ i do scianki czolowej plaszcza /j^. 6, Czujnik wedlug zastrz. 1-5, znamienny tym, ze obwód wzbudzenia /£/ i ohwód odbiorczy /%/ sa miedzy soba zamienione, V$zkumnya zkusebni letecky Asta? Zastepca: Kolegium Rzeczników Patentowych /^^NsA^^N^^^^sf^" 7 Lh2^ f ó *\j 6 y/^/y/^/y/y7z^/^y^/^^ W???MMSMMSSM/////i»"»\ ^v^K^Y^^NSSSS^^NhSSS^54 ^ I ^1a o: -O ^V Ó PL