RU2028003C1

RU2028003C1 - Magnetodynamic measuring mechanism

Info

Publication number: RU2028003C1
Authority: RU
Inventors: Павел Алексеевич Вертинский
Original assignee: Павел Алексеевич Вертинский
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: magnetodynamic measuring mechanism is meant for instrument measuring electric and nonelectric parameters which can be converted into electric pulses. It has power element manufactured in the form of multilayer spiral magnetic circuit with spatial conical winding anchored in slot in surface of ferromagnetic plate. Two uniaxial cylindrical surfaces with lines mutually crossing at predetermined angle are used as indicator. EFFECT: reduced dimensions. 11 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения электрических величин и может быть использовано в измерительных приборах для измерения величин тока, напряжения и неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в электрические импульсы. The invention relates to techniques for measuring electrical quantities and can be used in measuring devices for measuring current, voltage and non-electrical quantities that can be converted into electrical pulses.

Известны измерительные механизмы (Измерения в промышленности. Справочник. /Под ред. П.Профоса, пер. с нем., М.: Металлургия, 1980, с.71 и далее; Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс./Под ред. Е.Н.Шрамкова. М.: Высшая школа, 1972, с.88 и далее и др.), в которых размещение подвижной части известных измерительных механизмов в подшипниках, создающих трение и образующих дополнительный люфт индикатора, снижает КПД и точность измерительных механизмов, а применение противодействующих и успокоительных устройств неизбежно приводит к ухудшению массогабаритных показателей, препятствующих микроминиатюризации измерительных приборов. Known measuring mechanisms (Measurements in industry. Handbook. / Ed. By P. Profos, trans. With it., M .: Metallurgy, 1980, p. 71 onwards; Electrical measurements. Means and methods of measurement (general course. / Under Edited by E.N. mechanisms, and the use of counteracting and sedative devices inevitably leads to udsheniyu weight and size, preventing the miniaturization of measuring instruments.

Наиболее близким к предлагаемому является электромагнитный измерительный механизм, состоящий из неподвижного магнитопровода с катушкой, между полюсными пластинами которого размещен с возможностью поворота ферромагнитный элемент на оси с растяжками, снабженными амортизационными устройствами. Closest to the proposed is an electromagnetic measuring mechanism, consisting of a fixed magnetic circuit with a coil, between the pole plates of which a ferromagnetic element is placed with the possibility of rotation on an axis with braces equipped with shock absorbing devices.

Так как магнитопровод по прототипу имеет немагнитные зазоры, ось на растяжках обладает свободным ходом, а стрелочный индикатор увеличивает габаритные размеры прибора, то механизм по прототипу обладает низким КПД, малой точностью и не позволяет выполнить прибор микроминиатюрных размеров и массы. Since the magnetic circuit of the prototype has non-magnetic gaps, the axis on the braces has a free path, and the dial indicator increases the overall dimensions of the device, the mechanism of the prototype has low efficiency, low accuracy and does not allow the device to perform micro-miniature sizes and masses.

С целью микроминиатюризации измерительного прибора магнитопровод выполнен в виде многослойной спирали из ферромагнитного материала, на поверхности которого в косом пазу под заданным углом размещен электроизолированный провод с выводами, образующий пространственную коническую спиральную обмотку, а в качестве индикатора использованы две цилиндрические поверхности со взаимно скрещенными под заданным углом линиями, одна из которых закреплена на корпусе, а другая - на центральном стержне спирального многослойного магнитопровода. For the purpose of microminiaturization of the measuring device, the magnetic circuit is made in the form of a multilayer spiral made of ferromagnetic material, on the surface of which an insulated wire with leads, forming a spatial conical spiral winding, is placed in an oblique groove at a given angle, and two cylindrical surfaces mutually crossed at a given angle are used as an indicator lines, one of which is fixed to the housing, and the other to the central core of the spiral multilayer magnetic circuit.

При прохождении тока по спиральной пространственной обмотке она стремится под действием магнитных сил принять плоскую форму. When current flows through the spiral spatial winding, it tends to take a flat shape under the action of magnetic forces.

Если при стягивании спиральной обмотки осуществляется сдвиг скрещенных линий относительно друг друга, то точка их пересечения смещается вдоль линий на величину, которая превосходит величину смещения линий в котангенс угла между ними, что создает отчетливую и точную индикацию смещения как функцию тока по обмотке, чем и обеспечивается достижение цели изобретения, позволяя выполнить прибор с механизмом микроминиатюрных размеров и масс. If, when tightening the spiral winding, the crossed lines are shifted relative to each other, then the point of their intersection is shifted along the lines by an amount that exceeds the value of the line displacement in the cotangent of the angle between them, which creates a clear and accurate indication of the displacement as a function of the current through the winding, which ensures the achievement of the purpose of the invention, allowing to perform the device with a mechanism of microminiature sizes and masses.

На фиг. 1 приведен магнитодинамический измерительный механизм, вид сбоку; на фиг.2 - крышка механизма с осветителем, вид сбоку (а), и магнитодинамический механизм со снятой крышкой, вид сверху (б); на фиг.3 - силовой спиральный элемент измерительный механизм, вид сбоку; на фиг.4 - то же, вид сверху; на фиг.5 - то же, разрез вертикальной плоскостью; на фиг. 6 - то же, под током; на фиг. 7 - пластина спирального силового элемента в развернутом положении со стороны поверхности с проводом в пазу; на фиг.8 - то же, вид с торца; на фиг.9 - корпус индикатора с горизонтальной шкалой-щелью; на фиг.10 - подвижный индикаторный цилиндр с косой щелью; на фиг. 11 - схема работы индикатора со скрещенными линиями на подвижной и неподвижной поверхностях, а также обозначены координатные оси и соответствующие смещения механизма и индикатора. In FIG. 1 shows a magnetodynamic measuring mechanism, side view; figure 2 - the cover of the mechanism with the illuminator, side view (a), and the magnetodynamic mechanism with the cover removed, top view (b); figure 3 - power spiral element measuring mechanism, side view; figure 4 is the same, a top view; figure 5 is the same, a section of a vertical plane; in FIG. 6 - the same, under current; in FIG. 7 - a plate of a spiral power element in a deployed position on the side of the surface with a wire in the groove; Fig.8 is the same end view; figure 9 - indicator housing with a horizontal scale-slit; figure 10 - movable indicator cylinder with an oblique slit; in FIG. 11 is a diagram of the operation of the indicator with crossed lines on moving and stationary surfaces, and the coordinate axes and the corresponding displacements of the mechanism and indicator are indicated.

Магнитодинамический измерительный механизм состоит из цилиндрического корпуса 1 с горизонтальной щелью-шкалой 2, крышкой 3 с осветителем 4, клемм 5 присоединения и измеряемой цепи. Внутри корпуса 1 в его верхней части на уровне щели-шкалы 2 размещены индикаторный подвижный цилиндр 6 с косой щелью 7 под заданным углом к горизонтальной щели-шкалы 2. Индикаторный цилиндр 6 прикреплен с помощью траверсы 8 к стержню 9 силового спирального элемента 10, который выполнен в виде многослойного спирального магнитопровода 11 из свернутой в спираль ферромагнитной пластины 12 с электроизолированным проводом 13. закрепленном в пазу 14 на поверхности пластины 12 под заданным углом к ее кромкам, например, с помощью клинового крепления. Концы провода 13 имеют выводы 15 и 16 через отверстия в корпусе 1 и присоединены к клеммам 5. Выводы 15 и 16 выполнены в виде гибких проводов из многопроволочных жил. Провод 13 в свернутой спирали магнитопровода 11 образует пространственную коническую спиральную обмотку, магнитное поле которой сконцентрировано внутри спирального магнитопровода 11 при любой деформации спирали обмотки. Силовой элемент 10 в сборе закреплен на дне корпуса 1, например, с помощью клея и т.п. The magnetodynamic measuring mechanism consists of a cylindrical housing 1 with a horizontal slit-scale 2, a cover 3 with a illuminator 4, connection terminals 5 and a measured circuit. Inside the housing 1 in its upper part at the level of the slit-scale 2 there is an indicator movable cylinder 6 with an oblique slit 7 at a predetermined angle to the horizontal slit-scale 2. The indicator cylinder 6 is attached by means of a beam 8 to the rod 9 of the power spiral element 10, which is made in the form of a multilayer spiral magnetic core 11 from a spiral-wrapped ferromagnetic plate 12 with an electrically insulated wire 13. fixed in a groove 14 on the surface of the plate 12 at a given angle to its edges, for example, by means of wedge fastening. The ends of the wire 13 have leads 15 and 16 through the holes in the housing 1 and are connected to the terminals 5. Terminals 15 and 16 are made in the form of flexible wires from multi-wire cores. The wire 13 in the coiled spiral of the magnetic circuit 11 forms a spatial conical spiral winding, the magnetic field of which is concentrated inside the spiral magnetic circuit 11 at any deformation of the spiral of the winding. The power element 10 assembly is fixed to the bottom of the housing 1, for example, with glue or the like.

Материалом пластин 12 является ферромагнитный сплав, например пермаллой, поверхность пластины 12 покрыта тонким слоем графитовой смазки. Провод 13 выполнен медным в эмалированной изоляции. The material of the plates 12 is a ferromagnetic alloy, for example permalloy, the surface of the plate 12 is covered with a thin layer of graphite lubricant. The wire 13 is made of copper in enameled insulation.

Материалом корпуса 1 и подвижного индикатора 6 является непрозрачный полимер, плотная бумага, тонкие листы стали и т.п. в случаях использования осветителя по описанному. При выполнении корпуса 1 и индикатора 6 из прозрачных полимеров, стекла и т.п. шкала 2 и щель 7 выполняются в виде рисок-углублений с нанесенной краской в углублении, а потребность в осветителе отпадает, но наблюдение показаний с прибором по описанному возможно в освещенном помещении. The material of the housing 1 and the movable indicator 6 is an opaque polymer, thick paper, thin sheets of steel, etc. in cases of using the illuminator as described. When the case 1 and indicator 6 are made of transparent polymers, glass, etc. scale 2 and slit 7 are made in the form of recesses with paint in the recess, and there is no need for a illuminator, but observing indications with the device as described above is possible in a lighted room.

Применение предлагаемого осветителя обеспечивает записывание показаний механизма в течение времени с помощью светочувствительной подвижной у пересечения шкалы 2 и щели 7 ленты-бумаги. The application of the proposed illuminator provides a recording of the readings of the mechanism over time using a photosensitive movable at the intersection of the scale 2 and slit 7 of the paper tape.

Магнитодинамический измерительный механизм работает следующим образом. Magnetodynamic measuring mechanism operates as follows.

Клеммы 5 подсоединяются к измеряемой цепи, механизм устанавливается на столе, щите, стенде и т.п. При включении осветителя 4 с непрозрачными корпусом 1 и индикатора 6 на шкале 2 светится точка пересечения, положение которой обозначается нулевым значением измеряемой величины. При включении тока на клеммы 5 по спиральной обмотке провода 13 протекает электрический измеряемый ток, под действием магнитных сил которого спиральная пространственная обмотка провода 13 стремиться принять плоскую форму, вызывая при этом реакцию упругих сил витков спирального магнитопровода 11 из магнитной пластины 12, в результате равновесия которых средняя область силового элемента 10 со стержнем 9 выступит за пределы элемента 10, сдвигая на траверсе 8 индикатор 6 со щелью 7. В результате смещения щели 7 относительно щели 2 точка их пересечения сместится вдоль шкалы-щели 2 на величину, которая превышает величину вертикального выступа стержня 9 за пределы элемента 10 в котангенс угла между линиями щели 2 и щели 7, который выполняется порядка 5-15 угл. град., обеспечивая смещение точки пересечения линий щелей 2 и 7 на величину, превосходящую смещение стержня 9 в десятки раз. Terminals 5 are connected to the measured circuit, the mechanism is mounted on a table, board, stand, etc. When you turn on the illuminator 4 with an opaque body 1 and indicator 6 on the scale 2, the intersection point lights up, the position of which is indicated by the zero value of the measured value. When the current is turned on to terminals 5, the measured electrical current flows through the spiral winding of wire 13, under the influence of magnetic forces of which the spiral spatial winding of wire 13 tends to take a flat shape, causing the elastic forces of the turns of the spiral magnetic circuit 11 from the magnetic plate 12, resulting in equilibrium which the middle region of the power element 10 with the rod 9 will protrude beyond the element 10, shifting the indicator 6 with the slit 7 on the traverse 8. As a result of the displacement of the slit 7 relative to the slit 2, their point is crossed I is displaced along the scale, the gap 2 by an amount which exceeds the amount of upward protrusion of the rod 9 beyond the element 10 into the slit cotangent angle between lines 2 and the slots 7 that executes the order of 5-15 carbon. grad., providing a shift of the point of intersection of the lines of the cracks 2 and 7 by an amount exceeding the displacement of the rod 9 by tens of times.

Так как в предлагаемом механизме предотвращается применение стрелочных индикаторов, противодействующих и успокоительных устройств, а магнитный поток замыкается в магнитопроводе, то повышается КПД механизма, улучшаются его массогабаритные показатели, увеличивается точность измерений. Since the proposed mechanism prevents the use of dial indicators, counteracting and soothing devices, and the magnetic flux closes in the magnetic circuit, the efficiency of the mechanism increases, its overall dimensions are improved, and the measurement accuracy increases.

Эффективность описанного измерительного механизма определяется его конкретным выполнением по конкретному применению. Так, например, магнитодинамический измерительный механизм по описанному в качестве микроамперметра в корпусе цилиндрической формы габаритами 10 х 10 мм с силовым элементом из пластины пермаллоя толщиной порядка 0,1 мм, шириной 5 мм и длиной 50 мм с проводом по диагонали пластины, выполненным из медной жилы сечением порядка 0,002 мм² позволяет производить измерения тока от 0 до 10 мА по шкале длиной около 16 мм при КПД порядка 99%, что невозможно по прототипу или другим аналогичным механизмом.The effectiveness of the described measuring mechanism is determined by its specific implementation for a specific application. For example, a magnetodynamic measuring mechanism as described as a microammeter in a cylindrical body with dimensions of 10 x 10 mm with a power element from a permalloy plate about 0.1 mm thick, 5 mm wide and 50 mm long with a copper diagonal wire made of copper veins with a cross-section of the order of 0.002 mm ² allows current measurements from 0 to 10 mA on a scale of about 16 mm long with an efficiency of about 99%, which is not possible by prototype or other similar mechanism.

Claims

MAGNETODYNAMIC MEASURING MECHANISM, consisting of a magnetic circuit with a winding and an indicator device, characterized in that the magnetic circuit is made in the form of a multilayer spiral of ferromagnetic material, on the surface of which an electrically insulated wire with leads is placed at a given angle, forming a spatial conical spiral winding, and in As an indicator, two hollow cylinders with lines mutually crossed at a given angle were used, one of which is fixed to the body, and the other to the central core of a spiral multilayer magnetic circuit.