SU1383208A1 - Электромагнитный прибор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и-может быть использовано при проектированки электроизмерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих в услови х отсутстви  внешних механических воздействий. Электромагнитный прибор содержит катушку возбуждени  с полюсными наконечниками в виде двух пар параллельньос пластин 2-5, в зазоре между которыми закреплен вертикально установленньв в кер- новых опорах 7 оси 8 поворотный ферромагнитный сердечник 9. Ось 8 имеет лыску с верхним ограничителем в виде буртика 10, на котором закреплен один конец ци.пиндрической пружины 11 , Другой ее конец закреплен на сердечнике 9, под которым размещена кругла  ферромагнитна  пластина 12 на резьбовой втулке 13 из немагнитного материала, имеющей возможность смещени  вместе с пластиной 12 вдоль оси 8. Предлагаемый прибор имеет повышенную точность за счет получени  линейной зависимости вращающего момента от величины измер емого сигнала при одновременном снижении момента трени . 5 ил. S

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при проектировании электроизмерительных приборов высокой точности и чувствительности, работающих в услови х отсутстви  внешних механических воздействий.

Цель изобретени  - повышение точности прибора за счет получени  линейной зависимости вращающего момента от величины измер емого сигнала при одновременном снижении момента трени .

На фиг.1 изображен электромагнитный прибор, вид сверху; на фиг.2 - то же, спереди со стороны зазора; на фиг.З - узел I на фиг.2; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.З; на фиг.З - вид Б на фиг.З.

Электромагнитный прибор содержит катушку 1 возбуждени , полюсные нак о нечники: внутренний, образованный параллельными пластинами 2 и 3, и внешний, образованньй пар аллельными пластинами 4 и 5. Пластины 2-5 образуют между собой общую долевую щель (зазор) 6. В зазоре 6 между пластинами 2-5 закреплен вертикально установ ленньм в керновых опорах 7 оси 8 поворотный ферромагнитный сердечник 9, частично наход щийс  под пластинами 2 и 3, частично под пластинами 4 и 5 замыка  магнитную цепь катушки 1. На оси 8 в середине зазора 6 между пластинами полюсных наконечников выполне цилиндрический выступ (буртик) 10. Ферромагнитный сердечник закреплен на оси 8 ниже буртика 10 с помощью надетой на ось 8 между буртиком 10 и се рдечником 9, работающей на раст жение цилиндрической пружины 11, верхний торец которой прикреплен к буртику 10, а нижний - к плоскости ферромагнитного сердечника 9. Под ферромагнитным сердечником 9 параллельно ему размещена кругла  ферромагнитна  пластина 12, установленна  на нижнем полюсном наконечнике 3 с помощью резьбовой втулки 13 из немагнитного материала, ввернутой в пластину 3 и имеющей возможность смещени вместе с пластиной 12 вдоль оси 8. На втулке 13 (фиг.З) дл  возможности поворота на нижнем торце сн ты выступы под ключ. Ось 8 в месте расположени  буртика 10 выполнена сварной дл  обеспечени  возможности насадки ферромагнитного сердечника 9 на участок

0

5

0

5

0

оси 8 с продольным срезом (лыской) 14 (фиг.4). В полости катушки 1 расположен магнитопровод 15.

Электромагнитный прибор работает следующим образом.

При подаче тока в катушку 1 возбуждени  ферромагнитный сердечник 9 поворачиваетс  в щелевом зазоре 6 между полюсными наконечниками, перекрыва  воздушный промежуток между внутренним полюсным наконечником (пластины 2 и 3) и внешним (пластины 4 и 5), при этом ось 8 поворачиваетс  в керновых опорах 7 по часовой стрелке (фиг.1), а угол поворота пропорционален квадрату измер емого тока, причем в известных приборах чувств - тельность по углу поворота остаетс  практически посто нной, В данной конструкции при подаче измер емого тока происходит намагничивание двух ферромагнитных сердечников - пово- ротного 9 и регулировочной пластины 12, между которыми возникают силы отталкивани , увеличивающиес  при увеличении измер емого тока (пропорционально квадрату тока). За счет этих сил одновременно с поворотом сердечника 9 происходит его подъем относительно оси 8. При этом измен етс  соотношение зазоров по высоте между сердечником 9 и верхними и нижними пластинами 2-5 полюсных наконечников , причем при смещении сердечника 9 в осевом направлении к середине зазора 6 между полюсными наконечниками магнитна  проводимость системы, а следовательно, и чувствительность прибора падают. Параметры ферромагнитной пластины 12 и с ердеч- ника 9, смещение сердечника 9 и зазор между ним и пластинами 12 могут быть подобраны так, что изменение с (уменьшение) чувствительности прибора в процессе поворота сердечника 9 пропорционально величине измер емого тока. Таким образом, в конечном итоге угол поворота сердечника 9 пропорционален измер емому току в первой степени.

Кроме того, за счет взаимодействи  сердечника 9 с пластиной 12 происходит подъем оси 8, а рледователь- но, и разгрузка керновых опор 7, позвол юща  значительно снизить погрешность от момента трени . Параметры пластины 12 и зазор между ней и сердечником 9 регулируетс  так, чтобы

5

0

0

5

при максимальном значении измер пмо- го тока сила подн ти  оси 8 достигла веса подвижной части прибора.

Угол поворота d.. подвижной части электромагнитного прибора определ ет с  выражением

V 1 12 dL

- 01Л JJ

(1)

I

L

2W dot

где W - удельный гфотиводействующий момент;

ток в катушке 1; индуктивность катушки 1, завис ща  от положени  сердечника 9.

-,Очевидно, что дл  изменени  характера шкалы необходимо мен ть множи- dL

тель -7-,, т.е. dcA

закон изменени  индук

тивности с изменением угла поворота d сердечника 9, или, что одно и то же, - закон изменени  магнитной проводимости прибора с изменением угла поворота. При непрофилированном сердечнике 9 (фиг.2) множитель dL/doL посто нен, естественно, что при профилированном сердечнике добитьс  полной линейности шкалы с помощью данной конструкции еще проще. Дл  того, чтобы в выражении (1) угол поворота с. был пропорционален току I, необходимо , чтобы dL/do - K/I, где К - коэффициент пропорциональности. Как следует из принципа работы предлагаемого при

83208

котора  (аналогично индуктивности) в электромагнитных приборах определ ет чувствительность по углу поворота, определ етс  полной проводимостью воздушного зазора 6 величиной б между верхним и нижним полюсными наконечниками . При этом , где проводимость нижней части зазора 6 |0 между нижним полюсным наконечником и сердечником 9; G проводимость верхней части зазора между сердечником 9 и верхним полюсньп 1 наконечником . Как видно из фиг.2

15v 1

(2)

г - - &

+ 5 - g0

5

0

где К и К - посто нные, завис щие от магнитной проницаемости и площадей перекрыти  верхних и нижних полюсных наконечников (так как при непрофилированном сердечнике 9 при увеличении о1 увеличение площади перекрыти  пропорционально dL, то G и соответственно L магнитной системы пр мо пропорциополу (3)

нальны d-) . Реша  (2) при К К чим

Г - л(-Й

Чем ближе ь к 5/2, тем ниже чувствительность , чувствительность минимальна и равна 4к /&, При чувствительность стремитс  к бесконечности.

Дл  получени  линейной шкалы не

бора, передаточна  функци  dL/dd- on- 35 обходимо, чтобы передаточна  функци  редел етс  произведением трех переда- dL/df V./-f . Така  передаточна  функ- точнык функций: dF/dd, du/dF, dL/du. ци  получаетс  в случае, если G св - Перва  передаточна  функци  равна от- зано с & соотношением . Но ношению силы F взаимодействи  (оттал- сравнива  соотношение (3) дл  данно- кивани ), возникающей между ферромаг- 0 го прибора и предыдущее (идеальное) нитной пластиной 12 и сердечником 9 при подаче измер емого тока I. Как известно, эта сила пропорциональна квадрату тока dF/ddL KYl . Втора  пе- редаточна  функци  есть отношение подн ти  л ферромагнитного сердечника 9 к величине силы F: при линейной характеристике пружины 11 эта передаточна  функци  посто нна и равна К

2

соотношение между G и &, увидим, что при изменении ft, в пределах, например , от 3 до 7 мм, эти соотношени  практически не отличаютс . Такие со- 5 отношени  и должны быть выбраны в конструкции, В начальном положении (при (,0, сердечник 9 в нижнем положении ) А 3 мм, при максимальном измер емом сигнале, т.е. максимумеы,

2

Нетрудно найти, что треть  передаточ- 50 сердечник 9 поднимаетс  на полный рана  функци  dL/d должна быть равна , При этом, учитыва , что л , получим произведение трех передаточных функций .требуемого вида К/1. В этом случае характеристика шкалы прибора линейна .

Магнитна  проводимость G магнитной Системы электромагнитного прибора.

55

бочий ход пружины 11, равный 4 мм, и величина & становитс  равной 7 мм, вс  величина & около 17 мм. Однако изменением профил  регулировочной пластины в сочетании с заданным профилем сердечника можно добитьс  практически любого характера шкалы прибора .

35 обходимо, чтобы передаточна  функци  dL/df V./-f . Така  передаточна  функ- ци  получаетс  в случае, если G св - зано с & соотношением . Но сравнива  соотношение (3) дл  данно- 0 го прибора и предыдущее (идеальное)

соотношение между G и &, увидим, что при изменении ft, в пределах, например , от 3 до 7 мм, эти соотношени  практически не отличаютс . Такие со- 5 отношени  и должны быть выбраны в конструкции, В начальном положении (при (,0, сердечник 9 в нижнем положении ) А 3 мм, при максимальном измер емом сигнале, т.е. максимумеы,

50 сердечник 9 поднимаетс  на полный ра

бочий ход пружины 11, равный 4 мм, и величина & становитс  равной 7 мм, вс  величина & около 17 мм. Однако изменением профил  регулировочной пластины в сочетании с заданным профилем сердечника можно добитьс  практически любого характера шкалы прибора .

5 13

Далее выбирают силу взаимодействи между сердечником и пластиной такой, чтобы при максимальном значении измер емого тока эта сила была равна весу подвижной части и полностью разгружала керновые опоры, уменьша  погрешность от трени . Така  регулировка осуществл етс  начальным поворотом втулки 13, т.е. выбором зазора между сердечником и пластиной (это окончательна  регулировка после сборки прибора), предварительно выбор заданной силы осуществл етс  при конструировании прибора подбором толщи- ны и материала регулировочной пластины . И, наконец, подбираютс  параметры пружины с определенной продольной жесткостью. Эта жесткость должна быть именно такой, чтобы при силе взаимодействи  между пластинами, равной весу подвижной части, пружина позвол ла бы подниматьс  сердечнику полностью на -величину &, равную 7 мм ( при максимуме измер емого сигнала). В испытуемом приборе вес подвижной части примерно равен 2 г.

Таким образом, предлагаемый электромагнитный прибор отличаетс  высоко

линейностью шкалы, малой погрешностью зо внешней поверхностью оси с лыской.

от момента трени  в керновых опорах, а также возможностью получени  при необходимости различных довольно сложных функций измер емого сигнала. Такой прибор целесообразно использовать в качестве контрольного, изолировав от продольных механических воздействий , например, применением амортизации (возможна также настройка пружины на гашение колебаний).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электромагнитньш прибор, содержащий магнитопровод с катушкой возбуждени  и полюсными наконечниками в виде двух пар параллельных пластин, в зазоре между которыми размещен поворотный ферромагнитньй сердечник на вертикальной оси с керновыми опорами , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, он снабжен круглой ферромагнитной пластиной с центральным отверстием, цилиндрической пружиной раст жени  и немагнитной резьбовой втулкой, при этом ось выполнена с лыской с верхним ограничителем, расположенным в .центре зазора между полюсными наконечниками , концы цилиндрической пружины закреплены соответственно на верхнем ограничителе лыски и на ферромагнитном сердечнике, форма осевого отверсти  которого совпадает с

   а кругла  ферромагнитна  пластина размещена параллельно ферромагнитному сердечнику на резьбовой втулке, котора  расположена на оси, на нижнем полюсном наконечнике и выполнена с возможностью осевого перемещени .

   .1

   ФигМ

   Вид Б

   фиг,. 5