SE455886B - Magnetoelastisk kraftgivare - Google Patents

Description

455 sas . 2 Givare av denna typ är ofta behäftade med linearitets- och nollspännings- problem. Lineariteten kan förbättras genom att t ex i enlighet med svenska patentskriften SE-A Ü05 766 utföra givaren med två mötande delar, varav den ena i huvudsak är utsatt för dragspänning och den andra är utsatt för tryckspänning, båda proportionella mot den yttre kraften. En bra linearitet kan då uppnås genom att signalerna från respektive mätdel summeras i lämpliga portioner.

Givarens nollspänning orsakas av inre spänningar och kristallorientering i plåtmaterialet. vilka bland annat uppkommit under materialets tillverk- ningsprocesser, exempelvis vid valsning.

I EP-patentskriften 0 089 916 visas ett utförande av en magnetoelastisk givare med ett specialformat plåtsnitt med en mätdel utformad som en dubbelkrökt balk. Denna givare uppvisar utomordentligt god linearitet och låga nollspänningsvärden.

I många tillämpningar krävs numera att givarens utsignal är noll vid noll pålagd kraft. Av säkerhetstekniska skäl krävs också ofta att restnoll- spänningen inte fàr kompenseras på elektrisk vag, vilket vid svikt i el- tillförseln kan få allvarliga konsekvenser.

Ett stort önskemål i samband med tillverkning av givare är att de skall vara enkla att tillverka och inte behöva alltför stora mått av precision.

I den samtidigt härmed inlämnade patentansökningen nr 8605377-4 "Magnete- elastisk kraftgivare" redovisas en uppfinning där givaren består av två lika, cylindriska kroppar som hålls ihop med hjälp av en pinnskruv. I ett axiellt och koncentriskt inre utrymme placeras en bobin med två mätlind- ningar och en växelströmsmatad magnetiseringslindning. Givarens inre är utformat så att det mitt för respektive mätlindning i var och en av kropparna bildas en tunn cylindrisk rörvägg. Då givaren via pinnskruvarna påverkas av en yttre kraft uppstår tryckspänning i den ena av dessa rörväggar”och.dragspänning i den andra rörväggen. På känt sätt påverkar_ detta de magnetiska förutsättningarna så att man från de motkopplade mätlindningarna erhåller en signal proportionell mot den pålagda kraften. r ? Denna givare har dock begränsade prestanda, framförallt vad nollsignal vid noll pàlagd kraft beträffar. Med det visade utförandet är därför möjliga 455 886 applikationsområden begränsade. Eftersom konstruktionsprincipen är enkel och givaren är tillverkningsvänlig vore det önskvärt om man på något sätt skulle kunna påverka och förbättra dess prestanda. Föreliggande uppfinning anger en konstruktion med väsentligt bättre prestanda samtidigt som den i stora drag överensstämmer med den samtidigt härmed inlämnade ansökan nr 8605377-Ä.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN En magnetoelastisk givare enligt uppfinningen består av två cylindriska och lika kroppar. Från den ena cirkulära ändytan upptages ett första axiellt centrumhål med en axiell längd något kortare än den cylindriska kroppens längd. Det axiella hålet förses med invändiga gängor. Ett andra axiellt centrumhàl med en diameter mindre än det nyss nämnda tas upp i den kvarvarande centrala delen av den cylindriska kroppen. Även detta hål förses med invändiga gängor.

Från den cylindriska kroppens andra cirkulära ändyta upptages ett koncentriskt, rörformat utrymme med en axiell längd något kortare än kroppens längd. Det rörformiga utrymmets inre diameter är så anpassad att det bildas en tunn cylindrisk rörvägg mellan detta utrymme och det först upptagna centrumhalet.

Pâ den först nämnda cirkulära ändytan upptages också två diametralt och koncentriskt gängade hål. vilka mynnar ut i det rörformiga utrymmets ring- formiga ändytor.

De två lika, cylindriska kropparna monteras nu mot varandra på så sätt att de rörformiga utrymmena vänder mot varandra. Hopmonteringen sker med hjälp av en pinnskruv med en pinnskaftdiameter anpassad för frigång i det först upptagna centrumhålet och med en skruvdimension anpassad för det mindre andra uppgängade centrumhålets gängor. Pinnskruvens skaft skall ha sådan längd att den sticker ut en bit utanför den hopmonterade givaren. 5: V_.

I det totala rörformiga utrymmet som bildas vid hopmonteringen placeras en bobin. vars inre diameter är dimensionerad för anpassning mot den tunna cylindriska rörväggens ytterdiameter och vars axiella längd är kortare än det rörformiga utrymmets hela axiella längd. Bobinen är försedd med två mätlindningar lindade på bobinen på så sätt att vardera mätlindningen 455 ass L Ä kommer att axiellt vara belägen utanför den tunna cylindriska rörväggen 1 vardera av de två hopsatta cylindriska kropparna. Bobinen är också försedd med en magnetiseringslindning förlagd utanpå mätlindningarna och utsträckt över bobinens hela axiella längd.

V Mätlindningarna är magnetiskt sett motkopplade, vilket medför att de i lindningarna inducerade spänningarna kopplas i motfas, varvid den totala utspänningen blir ungefär noll vid noll pålagd kraft.

Genom att ställa givaren på den ena cirkulära ändytan mot ett fast underlag och låta den kraft som skall mätas appliceras på pinnskruvens skaft, erhålles en tryckspänning i den tunna cylindriska rörväggen som ligger närmast underlaget och en dragspänning i den tunna cylindriska rörväggen som vänder mot den kraftapplicerande sidan. Därvid pâverkas de magnetiska förhållandena på för magnetoelastiska givare känt sätt och en signal proportionell mot den pàlagda kraften kan erhållas.

Givaren kan på ett mycket enkelt sätt ändras för att kunna mäta drag- krafter. Detta kan ske exempelvis genom att förse pinnskruven med en ögla eller liknande.

En sådan givare kommer med viss sannolikhet att uppvisa viss nollsignal vid noll pålagd kraft. Tack vare givarens utformning finns nu flera möjligheter till mekanisk balansering och kompensation av nollsignalen.

Den bobin som uppbär lindningarna har som det har beskrivits en axiell längd kortare än det rörformiga utrymmets axiella längd. Med hjälp av ställskruvar i de diametralt och koncentriskt placerade, gängade hålen i givarens cirkulära ändytor kan bobinen förflyttas, justeras och fixeras i axiell riktning inne i givaren så att en eventuell nollsignal kan kompen- seras. I allmänhet räcker en sådan justering. _ Konstruktionen medger dock ytterligare en mekanisk kompensationsmöjlighet.

I det första centralt gängade hålet. som vänder mot det fasta underlaget, kan en spiralfjäder, vars förspänning kan pâverkas med en justerskruv med gängor anpassade för hålets gängor. inmonteras. Genom att förspänna Ü fjädern mer eller mindre adderas en lämplig kraft, vilken motverkar resterande nollsignal. Då fjäderns kraftväg är mycket längre än givarens ¿ kompression vid belastning kommer fjäderkraften endast att förändras försumbart vid givarens belastning, dvs givaren har belastats med en konstant kraft.

I stället för spiralfjäder kan självfallet ett lämpligt antal fjäder- brickor komma till användning.

För att inte pinnskruven skall störa givarens magnetiska fältbild görs den lämpligen av omagnetiskt material.

RnNINGsFöRTI-:crmlnc Figur 1 visar den ena av de två lika, cylindriska kropparna som ingår i en magnetoelastisk givare enligt uppfinningen.

Figur 2 visar en bobin på vilken två mätlindningar och en magnetiserings- lindning är lindade.

Figur 3 visar den andra av de två lika, cylindriska kropparna som ingår i den magnetoelastiska givaren enligt uppfinningen.

Figur 4 visar en magnetoelastisk givare enligt uppfinningen.

Figur 5 visar ett kopplingsschema för de ingående lindningarna.

BESKRIVNING AV UTFÖRANDEFORMER En magnetoelastisk kraftgivare enligt uppfinningen framgår av bifogade figurer. Figur 1 och 3 visar de två lika, cylindriska kropparna 1 och 2.

Som det framgår har från de cirkulära ändytorna 3 och Ä upptagits första axiella centrumhål 5 och 6 med en axiell längd eller axiellt djup något kortare än de cylindriska kropparnas axiella längd. Det framgår också av figur 1 och 3 att dessa centrumhål har försetts med invändiga gängor 7 och 8. Andra axiella centrumhål 9 och 10 med mindre diameter än nyss nämnda centrumhal har upptagits i den kvarvarande centrala kärnan. Även dessa_hàl förses med invändiga gängor 11 och 12.

På de cirkulära ändytorna 3 och 4 har upptagits två diametralt och koncentriskt gängade hål 13, in och 15, 16. 455 sas 6 .

Från de cylindriska kropparnas ändytor 17 och 18 har upptagits koncent- riska rörformade utrymmen 19 och 20 med, som det också framgår av figur 1 och 3, en axiell längd något kortare än de cylindriska kropparnas längd.

Mellan ihåligheterna 5 och 19 respektive 6 och 20 bildas på detta sätt en .tunn cylindrisk rörvägg 21 respektive 22.

I figur 2 visas den bobin 23 på vilken mätlindningarna 24 och 25 samt magnetiseringslindningen 26 är lindade. Bobinens inre diameter dimensio- neras för skjutpassning mot den cylindriska rörväggens yttre diameter.

I figur Q visas en magnetoelastisk kraftgivare enligt uppfinningen med de cylindriska kropparna 1 och 2 samt bobinen 23 hopmonterade. För att hålla de två cylindriska kropparna låsta mot varandra sker hopmonteringen med hjälp av en pinnskruv 27 mot vilken den kraft P som skall mätas applice- ras. Pinnskruvens skaftdiameter är anpassad för frigång i centrumhálet 5 (eller 6) och den har en skruvgänga motsvarande gängorna 11 och 12 i hålen 9 och 10.

Vid dragkraftmätning förses som tidigare omtalat pinnskruven med_en ögla eller liknande (ej visat i figur U).

För justering och fixering av bobinen användes ställskruvar 28, 29, 30 och 31. Först sker en grovinställning av bobinens axiella placering så att mätlindningarna, vilka är anordnade att bli placerade i var sin av de två kropparna, blir placerade utanför den koncentriska, cylindriska rörvägg som bildas mellan de första centrala och axiella hålen och det inre koncentriska. rörformade utrymmet. Bobinens slutliga axiella läge i givaren bestämmes i samband med givarens kalibrering. Läget justeras axiellt till dess att givarens utsignal vid noll pålagd kraft blir noll eller till dess att utsignalen har ett minimum.

Vid mycket höga krav på noll restspänning kan för ytterligare finjustering en fjäder 32 placeras i utrymmet 6. Förspänning av fjäderkraften sker med en justerškruv 33. Fjädern kan, som visats i figur 4, utgöras av en f spiralfjäder eller bestå av ett antal fjäderbrickor.

Lindningarnas koppling visas i figur 5, av vilken det framgår att mätlind- ningarna för sådana givare på konventionellt sätt motkopplas. En mätsignal proportionell mot den pålagda kraften alstras och kopplas till ett in» m; ll

Claims (6)

, 7 455 sas instrument Sü som efter kalibrering användes för avläsning av aktuell pålagd kraft. Givarens konstruktion har ett basutförande enligt figur Ä. Inom ramen för uppfinningen finns möjligheter till viss komplettering och ändring av kon- struktiva detaljer. För styrning av pinnskruvens skaft kan det gängade hålet 5, som är gänget enbart för att göra de två kropparna 1 och 2 lika, förses med en lagerbussning av lämpligt làgfriktionsmaterial. PATENTKRAV

1. Magnetoelastisk kraftgivare omfattande en sluten kärna av massivt magnetoelastiskt material försedd med en magnetiseringslindning (26), som skall matas med växelström, och tva mätlindningar (2U, 25). k ä n n e - t e c k n a d a v att den slutna kärnan består av två centralt och axiellt sammanskruvade, lika. cylindriska kroppar (1, 2) och med ett inre axiellt och koncentriskt rörformigt utrymme (19, 20) avsedd för en bobin (23) med en axiell utsträckning kortare än det koncentriskt rörformiga utrymmet och på vilken mätlindningarna och magnetiseringslindningen är lindade, samt att från de cylindriska kropparnas utåtriktade ändytor (3, Ä) är centralt och axiellt upptagna första hål (5. 6) med gängor (7, 8). vilka hals axiella längd är kortare än respektive kropps axiella längd och att i ett av dessa hål är en pinnskruv (27) anordnad att införas för sammanskruvningen av de bada kropparna, varvid de första hålens diameter är anpassad för frigàng mot pinnskruvens skaft, och att i den kvarvarande centrala delen av kropparna är axiellt anordnade andra gängade hål (9, 11, 10, 12) för sammanskruvningen samt att från de utåtriktade ändytorna har diametralt och koncentriskt gängade hål (13, lä, 15, 16) upptagits avsedda för ställskruvar (28, 29, 30, 31), vilka hål mynnar ut i det rörformiga utrymmets ringformiga ändytor.

2. Magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d za v att bobinen med lindningar med hjälp av ställskruvarna_är anordnade i axiell riktning så att mätlindningarna, vilka är anordnade att finnas i var sin av de två kropparna, blir placerade utanför den koncent- riska, cylindriska rörvägg som bildas mellan de första centrala och axiella hålen och det inre koncentriska, rörformade utrymmet. 455 ess 8

3. Magnetoelstisk kraftgivare enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e - t e c k n a d a v att bobinen är anordnad att slutligen justeras och fixeras med hjälp av ställskruvarna till ett sådant axiellt läge då givarens utspänning vid magnetiserad kärna och noll pålagd kraft har ett minimum. ' Ä.

Magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1 och då en fjäder (32) och en justerskruv (33) är monterad 1 ett andra av de först upptagna centrala axiella hålen, k ä n n e t e c k n a d a v att justerskruven är anordnad att förspänna fjädern till en sådan kraft att givarens utspänning vid magnetiserad kärna och noll pàlagd kraft blir noll eller har ett minimum..

5. Magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att magnetiseringslindningen är anordnad att axiellt vara utsträckt över hela bobinens axiella längd.

6. Magnetoelastisk kraftgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d a v att pinnskruven är utförd i omagnetiskt material och dess skaft är längre än det först upptagna centrala och axiella hålets längd. n' I