SU1122907A1

SU1122907A1 - Magnetoelastic pickup of force

Info

Publication number: SU1122907A1
Application number: SU802964109A
Authority: SU
Inventors: Владислав Игнатьевич Рождественский
Original assignee: Киевский институт автоматики им.ХХУ съезда КПСС
Priority date: 1980-07-23
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1984-11-07

Abstract

МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК СИЛ содержащий чувствительный элемент цилиндрической формы и соосный с К i( ::; ,: I ii ним магнитопровод, на котором размещены обмотки двух преобразователей , отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений за счет полной разгрузки . компенсационного преобразовател , между чувствительным элементом и магнитопровод ом установлена втулка из ферромагнитного материала с радиальным участком, раздел ющим преобразователи , причем одна цилиндрическа часть втулки сопр жена с магнитопроводом плотно, а друга размещена с зазором концентрично чувствительному элементу. tc ю со /////////////////////777 Фиг.1MAGNETIC ELASTIC SENSOR SIL containing a cylindrical sensing element and coaxial with K i (::;,: I ii it) magnetic core, on which the windings of two transducers are placed, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy due to full unloading. a sensor element and a magnetic circuit are installed; a sleeve made of ferromagnetic material with a radial section separating the transducers, one cylindrical part of the sleeve tightly coupled to the magnetic core, and the other placed with a gap concentric to the sensitive element. tc th with ////////////// 777 Figure 1

Description

1 1eleven

Изобретение относитс к силоизмерительной технике, а именно к конструкции датчиков, принцип действи которых основан на влении магнитной упругости, и может быть использовано в системах автоматического контрол и регулировани усилий.The invention relates to load-measuring equipment, in particular to the design of sensors, the principle of action of which is based on the phenomenon of magnetic elasticity, and can be used in systems of automatic control and regulation of forces.

Известны магнитоупругие датчики усилий, содержащие чувствительный и компенсационный элементы в виде одинаковых полых цилиндров, обмотки возбуждени и измерительные обмотки которых соединены по дифференциально-трансформаторной схеме El1Magnetoelastic force sensors are known, containing sensitive and compensating elements in the form of identical hollow cylinders, the field windings and measuring windings of which are connected in accordance with the differential transformer circuit El1

Однако облада известными преимуществами , эти датчики имеют недостатки , понижающие их эксплуатационные и точностные характеристики. Во-первых, без тщательной выработочной отбраковки практически невозможно изготовить пары - чувствительный и компенсационный элемент - достаточно идентичными по выходным характеристикам , что объ сн етс разбегом допусков и посадок деталей (в пределах нop в pyeмыx значений) , неидентичностью режимов плавки и отжига, неидентичностью сборки чувствитель-. ных элементов и р дом других причин Указанное обсто тельство приводит к тому, что вли ние внешних факторов (температуры, параметра источника питани , вибраций и т.п.) по разному сказьшаетс на выходных характеристиках чувствительного и компенсационного элементов, что понижает точность измерений.However, it has known advantages, these sensors have disadvantages that reduce their operational and accuracy characteristics. Firstly, without a thorough working rejection, it is almost impossible to make pairs - sensitive and compensating element - quite identical in output characteristics, which is explained by the run-up of tolerances and part fittings (within the limits in peak values), non-identical melting and annealing modes, non-identical assemblies sensitive- These elements lead to the fact that the influence of external factors (temperature, power source parameter, vibrations, etc.) affects the output characteristics of the sensitive and compensating elements in different ways, which reduces the measurement accuracy.

Во-вторых, наличие двух - чувствительного и компенсационного - элементов приводит к усложнению и удорожанию датчика, увеличению его габаритов и снижению эксплуатационной надежности.Secondly, the presence of two - sensitive and compensatory - elements leads to a complication and rise in the cost of the sensor, an increase in its dimensions and a decrease in operational reliability.

Наиболее близким по техничес-кой сущности к предлагаемому вл етс магнитоупругий датчик усилий, содержащий чувствительный и компенсационный элементы, снабженные кольцевыми проточками, не охваченными полюсами магнита 2 .The closest in technical essence to the present invention is a magnetoelastic force sensor, containing sensitive and compensating elements, equipped with annular grooves not covered by the poles of the magnet 2.

Недостатками известного датчика вл ютс низка чувствительность и точность.The disadvantages of the known sensor are low sensitivity and accuracy.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени за счет полной разгрузки компенсационного преобразовател .The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by completely unloading the compensation converter.

Поставленна цель достигаетс тем, что в магнитоупругом датчикеThe goal is achieved by the fact that in the magnetoelastic sensor

2907229072

силы, содержащем чувствительный элемент цилиндрической формы и соосный с ним магнитопровод, котором размещены обмотки двух преобразователей, - между чувствительным элементом и магнитопроводом установлена втулка, из ферромагнитного материала с радиальным участком, раздел ющим прег образователи, причем одна цилиндриQ ческа часть втулки сопр жена с магнитопроводом плотно, а друга размещена с зазором коицентрично чувствительному элементу.forces containing a cylindrical sensing element and a magnetic conductor coaxial with it, which houses the windings of two transducers — a sleeve is installed between the sensitive element and the magnetic conductor from a ferromagnetic material with a radial section separating precargers, with one cylindrical part of the sleeve aligned with the magnetic conductor tightly, and the other is placed with a clearance of a kocentrically sensitive element.

Посто нство зазора может бытьThe constancy of the gap can be

J обеспечено за счет другой боковой поверхности , плотно сопр женной , например приклеенной, к магнитопроводу .J is provided at the expense of another lateral surface tightly mated, for example glued, to the magnetic circuit.

В св зи с тем, что магнитопроводы,Due to the fact that the magnetic circuits,

Q замыкающие рабочий и компенсационный потоки соответственно чувствительного и компенсационного элементов, представл ют собой участки одних и тех же ферромагнитных деталей, име5 етс реальна возможность выполнить датчик с исключительно .близкими исходными выходными характеристиками как компенсационного, так и чувствительного элементов, что повьшаетThe Q closing working and compensation flows, respectively, of the sensing and compensating elements, are sections of the same ferromagnetic parts, it is possible to perform the sensor with extremely close initial output characteristics of both the compensating and sensitive elements, which increases

,стабШ1ьность нулевого сигнала и , the stability of the zero signal and

точность измерений.accuracy of measurements.

II

Кроме того, указанна вьше особенность выполнени датчика позвол ет добитьс лучшей компенсации вли ю5 щих факторов (температуры, частоты, тока и т.п.), поскольку эти факторы одинаково вли ют на .параметры обеих магнитных цепей - рабочей и компенсационной (по крайней мере, дл нена0 груженного датчика) в отличие от известного.In addition, the above feature of the sensor makes it possible to achieve better compensation of influencing factors (temperature, frequency, current, etc.), since these factors equally affect the parameters of both magnetic circuits — working and compensation (at least , for not loaded sensor) unlike the known one.

Поскольку компенсационный элемент полностью разгружен от измер емого усили , чувствительность датчикаSince the compensation element is completely unloaded from the measured force, the sensitivity of the sensor

5 будет выше, чем у известного, что благопри тно скажетс на точности измерений.5 will be higher than that of the known, which will favorably affect the accuracy of measurements.

Дл более полного магнитного шунтировани участка чувствительногоFor a more complete magnetic shunting of the sensitive area

0 элемента.ферромагнитной втулкой0 elements. Ferromagnetic sleeve

(компенсационным элементом), толщина последней должна выбиратьс в соответствии с эквивалентной глубиной проникновени электромагнитной вол5 ны, т.е. с учетом поверхностного(compensation element), the thickness of the latter must be chosen in accordance with the equivalent penetration depth of the electromagnetic wave, i.e. subject to superficial

эффекта. При этом втулку целесообразно выполн ть из того же материала, что и чувствительный элемент, дл effect. In this case, it is advisable to make the sleeve of the same material as the sensing element for

снижени температурной погрешности датчика.reducing the temperature error of the sensor.

На фиг. 1 изображен магнитоупругий датчик CKTibi; на фиг. 2 - то же, дл измерени небольших нагрузок. 5FIG. 1 shows a magnetoelastic CKTibi sensor; in fig. 2 is the same for measuring small loads. five

Датчик содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде гладкого цилиндра, магнитопровод 2, ферромагнитную втулку 3, цилиндрическа часть 4 которой вл етс ком- ю пенсационным элементом, радиальный участок 5 раздел ет рабочий (Фр) и компенсационный (Ф) магнитные потоки , а другой цилиндрический участок 6 прикреплен, например приклеен, t5 к стенке магнитопровода 2. На чувствительном элементе 1 и на компенсационном (участок втулки 4) размещены пары обмоток - возбуждени и измерительна , т.е. соответственно 20 обмотки 7 и 8. Причем либо измерительные , либо обмотки возбуждени соединены встречно.The sensor contains a sensing element 1, made in the form of a smooth cylinder, a magnetic core 2, a ferromagnetic sleeve 3, the cylindrical part 4 of which is a compensation element, the radial section 5 separates the working (FR) and compensating (F) magnetic fluxes, and another the cylindrical section 6 is attached, for example glued, t5 to the wall of the magnetic circuit 2. On the sensing element 1 and on the compensation (section of the sleeve 4) there are pairs of windings - excitation and measuring, i.e. respectively, 20 windings 7 and 8. Moreover, either the measuring windings or the excitation windings are connected in opposite directions.

В магнитоупругом датчике силы дл измерени небольших нагрузок, 25 показанном на фиг. 2, чувствительный элемент воспринимающий нагрузку, представл ет собой гладкий цилиндр 1, расположенньй внутри датчика, магнитопровод 2 вьтолнен в виде наружно- зо го цилиндра, а втулка 3 имеет цилиндрический участок 4, вл ющийс компенсационным элементом, радиальный участок 5, раздел ющий пары обмоток 7 и 8, и второй цилиндрический участок 6, скрепленный с внутренней поверхностью магнитопровода 2.In a magnetoelastic force sensor for measuring small loads, 25 shown in FIG. 2, the load sensing element is a smooth cylinder 1 located inside the sensor, the magnetic circuit 2 is formed as an external cylinder, and the sleeve 3 has a cylindrical section 4, which is a compensating element, a radial section 5 separating the pair of windings 7 and 8, and the second cylindrical section 6, bonded to the inner surface of the magnetic circuit 2.

Магнитоупругий датчик силы работает следующим образом. Усилие, прикладываемое к чувствительному элементу 1, вызывает изменение величины рабочего потока Фр,Magnetoelastic force sensor works as follows. The force applied to the sensing element 1 causes a change in the magnitude of the workflow Fr,

при этом компенсационный поток Ф остаетс практически неизменным из-за шунтировани участка чувствительного элемента ненагруженной ферромагнитной втулкой 3, точнее ее цилиндрической частью 4, при этом радиальный участок 5 служит проводником как рабочего, так и компенсационного магнитных потоков, вл сь в то же врем естественным экраном от проникновени ка даого из потоков в чужую магнитную цепь. Как показали испытани макетных образцов датчиков , .при отдельной запитке обмотки возбуждени чувствительного или компенсационного элемента, в обмотке измерени невозбужденной магнитной цепи наводитс сигнал, составл ющий менее 1% напр жени на своей измерительной обмотке, т.е. чейки, образованные втулкой, практически не имеют взаимоиндуктивной св зи и вл ютс в магнитном отношении автономными . Обмотки чувствительного и компенсационного элементов (либо пара измерительных, либо - возбуждени ) соединены встречно, и с Измерительных обмоток снимаетс напр жение, пропорциональное приложенному усилию При этом механические напр жени на любом участке поперечного сечени чувствительного элемента распределены равномерно и равны между собой.at the same time, the compensation flow F remains almost unchanged due to the shunting of the sensitive element section by an unloaded ferromagnetic sleeve 3, or rather its cylindrical part 4, while the radial section 5 serves as a conductor of both working and compensating magnetic fluxes, being at the same time a natural screen from penetration of each of the flows into another magnetic circuit. As tests of prototype samples of sensors showed, when the excitation winding of a sensitive or compensating element is separately energized, a signal amounting to less than 1% of the voltage on its measuring winding, i.e., is induced in the measurement winding of an unexcited magnetic circuit. The cells formed by the sleeve have practically no mutual inductance communication and are magnetically autonomous. The windings of the sensing and compensating elements (either a pair of measuring or excitation) are connected in opposite, and the voltage proportional to the applied force is removed from the measuring windings. The mechanical stresses are distributed evenly and equally with each other at any part of the cross section of the sensing element.

Использование датчика в системах автоматического контрол и регулировани усилий и веса благодар повышению точности измерений, увеличению перегрузочной способности, снижению габаритов и стоимости обеспечивает эффективность контрол и, соответственно , повьш1ение качества конечного ,продукта.The use of the sensor in the systems of automatic control and regulation of forces and weights, by increasing the accuracy of measurements, increasing the overload capacity, reducing the size and cost, ensures the effectiveness of the control and, consequently, increasing the quality of the final product.

///// /7////// ///// / 7 //////

i:i:

33

XX

fpvt. 2fpvt. 2

Claims

MAGNETOELASTIC POWER SENSOR, containing a magnetic element sensitive to it, on which the windings of two transducers are located, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy due to the complete unloading of the compensation transducer, a sleeve of ferromagnetic material is installed between the sensitive element and the magnetic circuit with a radial section separating transducers, moreover, one cylindrical part of the sleeve is tightly coupled to the magnetic circuit, and the other is placed concentrically sensitive with a gap

FIG. 7

SU „.1122907 namely to the principle of action of the phenomenon of magnetic to be used

1 1122907