SU717572A1 - Устройство дл определени направлени отклон ющего усили - Google Patents

Description

Изобретение относится к области : силоизмерительной техники и может быть использовано для непрерывного определения направления отклоняю- § щего усилия, действующего на буровой агрегат при бурении скважин.

Известны магнитоупругие силоизмерители, предназначенные для измерения осевой нагрузки [1] . . 10

Магнитоанизотропный датчик для ' измерения сосредоточенных осевых сил содержит кольцевой сплошной магнитопровод с двумя рядами отверстий., В которых уложены первичная обмотка., 15 подключенная к источнику переменного тока,и пересекающаяся с ней Измерйтельная обмотка, подключенная к изме^ рительной схеме, причем отверстия выполнены радиальными и расположены 20 по боковой цилиндрической поверхности с равномерным шагом.

Эти магнитоанизотропные силоизмери, тели обладают высокой чувствитель-, ностью и точностью при определении’ 25 осевых усилий, но имеют ограниченные функциональные возможности, а именно не позволяют определить направления боковой составляющей.контролируемого усилия. 30

Наиболее близким по технической сущности решением является магнитоупругая месдоза, содержащая генера- ‘ ' тор, магнитоупругий силовой элемент, выполненный в виде·цилиндрического диск<а из ферромагнитного материала' с распределенной по окружности обмоткой и с двумя взаимно перпендикулярными подмагничивающими обмотками, одна из которых расположена” на части сердечника, подвергающегося механическому воздействию, электрически связанный с ним сельсин и устройство отсчета выходной величины [2] .

Этот датчик отличается повышенной точностью благодаря устранению влияния непостоянства питающего напряжения и изменения температуры на показания. Однако и он может быть применен только для определения осевой нагрузки, действующей на буровой агрегат. Использование известной месдозы 'для определения направления-усилия, действующего на буровой агрегат, практически невозможно.

Целью изобретения является повышение чувствительности и расширения функциональных возможностей схемы.

Эта цель достигается тем, что обмотки распределены на магнйтопров_фоде попарно, диаметрально противоположно, а число пар кратно трем, причем вторичные обмотки каждой пары включены последовательно - встречно и замкнуты на статорные обмотки сельсина через введенный в устройство электронный коммутатор, а измеритель выходной величины выполнен в виде двигателя с датчиком его оборотов , механически связанного через ре-¹ дуктор с ротором сельсина, и последовательно включенных избирательного, усилителя,синхронного детектора^уп-* равняющий вход которого подключен к генератору, один вход которого связан с электронным коммутаторе»* через магнитоупругий преобразователь, а второй - с его входом непосредственно, триггера Шмитта, j — к триггера и счетчика, один вход которого связан с выходом датчика оборотов, а второй вход - с.единичным выходе»*, j — к триггера, этот же выход Подключен к управляющему входу коммутатора .

На фиг.1 изображена структурная схема устройства;на фиг.2 - временные диаграммы.

Устройство состоит из генератора 1, формирующего напряжение. Генератор последовательно соединен с последовательно соединенными первичнь»*и обмотками магнитоупругого преобразователя 2, вторичные обмотки которого соединены с коммутатором 3, предназначенным для разновременного подключения к статорным обмоткам сельсина 4 или Опорного напряжения, или напряжения магнитоупругого преобразователя. Роторная обмотка сельсина соединена с входом избирательного усилителя 5, выделяющего информационное напряжение. Выход последнего связан с входом синхронного детектора 6, работающего при соотношении частот сигнала и управления 1:1. Выход детектора соединен с входом триггера Шмитта 7, формирующего прямоугольные импульсы положительной полярности. Выход триггера Шмитта соединяется с счетным' входом j-k триггера переключения 8, выход которого последовательно соединен с входом счетчика устройства 9, об-,' ладакйцего памятью и регистратором 10. Ротор сельсина механически связан через редуктор 11 с двигателем 12, на одной оси с которым закреплен датчик оборотов 13, предназначенный для выдачи импульсов запоминающей частоты.

На фиг.З изображен внешний вид и сечение магнитоупругого преобразователя, выполненного, в виде кольца 14 из ферромагнитного материала с распределенными по окружности обмотками: первичными 15 и' втори^4 .10 ными 16. Обмотки уложены попарно, причем обмотки каждой пары размещены диаметрально противоположно: 16а-16б, 16в-16г,1бд-16е. Число пар кратно трем.

На фиг.4.изображена электрическая схема соединения вторичных обмоток, со статорными обмотками сельсина 17. Роторная обмотка 18 сельсина соединена с входом избирательного усилителя. Вторичные обмотки преобразователя соединяются со статорными обмотками переключением зажимов 19 электронного коммутатора, причем вторичные обмотки каждой пары соединены последовательно - встречно.

• : Устройство работает следующим образом: при включении генератора 1 синусоидальное напряжение с его выхода поступает на первичные обмотки магнитоупругого преобразователя 2.

При' равенстве нулю отклоняющего усилия магнитные проницаемости участков магнитоупругого силового элемента, на которые намотаны обмотки, принадлежащие одной паре, равны между собой, ЭДС, наводимые в этих обмотках, будут также равны между собой, а за счет последовательно -встречного включения вторичных обмоток каждой пары, напряжение на.зажимах каждой пары вторичных обмоток становится равным нулю. При появлении отклоняюЬ’егЬ усилия, воздействующего на . буровой агрегат, магнитные проницаемости участков магнитоупругого силового элемента, принадлежащих одной даре обмоток, становятся различными ;й соответственно ЭДС, наводимые в обмотках, намотанных на эти участки, становятся равными, и напряжения на. зажимах каждой пары вторичных обмоток становятся отличными от нуля. Напряжение, снимаемое со вторичных' обмоток магнитоупругого преобразователя, подается на один вход коммута. тора 3, на другой вход которого одновременно поступает опорное напряжение. В начальный момент времени коммутатор 3 подключает опорное напряжение к статорным обмоткам сельсина 4. Амплитуда сигнала, снимаемого с роторной обмотки 18 сельсина 4, пропорциональна углу поворота ротора и изменяется по синусоидальному закону. Напряжение постоянно ' вращающейся роторной обмотки 18 , усиливается избирательным усилителем .5, выпрямляется синхронным детектором б .и поступает на вход триггера Шмитта 7. В момент времени. перехода через ''0'' сигнала ротора сельсина триггер Шмитта 7 переключается в состояние '4 ’· и переключит, триггер 8 также в ''1''. Так как триггер 8 соединён с входом счетного устройства 9, то частота заполнения с датчика оборотов 12 начинает прохо· 'дить в счетное устройство 9. Одно65

-l 'by :

временно ' ’ 1 ’' с выхода триггера 8 переключает коммутатор 3, который подключает к статорным обмоткам сельСина 4 вторичные обмотки магнитоупругого преобразователя 2. При этом напряжение роторной обмотки сельсина 4 еще не перешло через ’’О’.' из-за разности фаз между опорным напряжением и напряжением магнитоупругого преобразователя 2, поэтому триггер Пйиитта 7 снова переходит в состояние ¹ '0 ¹ В момент t при переходе через ’Ό’’ сигнала ротора сельсина, наведенного напряжением вторичных обмоток магнитоупругого преобразователя 2, триггер Шмитта 7 установится в состояние ’ '1 ”, триггер 8 переключится из состояния ”1” в *’0'' и установит счетное устройство 9 в ' '0 ¹ частота’ заполнения с датчика оборотов 13 перестанет проходить. Одновременно коммутатор 3 вернется в первоначальное состояние, при котором он подключен к статорным обмоткам сельсина 4 опорное напряжение с генератора 1. * ’В момент t_s триггер Шмитта переходит 25 :в состояние ’’О” и процесс измерения повторяется в той же последовательности. Таким образом, количество импульсов, прошедшее на счетное устройство 9 за время t ,,-1, , пропорционально измеряемому углу наклона.

. Выходной сигнал фиксируется регистра тором 10.

Claims (2)

1. Эта цель достигаетс  тем, что обмотки распределены на магнитопров де попарно, диаметрально противоположно , а число пар кратно трем, причем вторичные обмотки каждой пар включены последовательно - встречно и замкнуты на статорные обмотки сел сййа через введенный в устройство электронный коммутатор, а измеритель выходной величины выполнеи в виде двигател  с датчиком его оборо тов, механически св занного через дуктор с ротором сельсина , и последовательно включенных избирательног усилител /синхронного детектора управл ющий вход которого подключен к генератору, один вход которого св эан с электронным коммутаторе чере магнитоупругий преобразователь, а второй - с его входом непосредствен но, триггера Шмитта, j - k триггера и счетчика, один вход которого св зан с выходом датчика оборотов, а второй вход - с.единичным выходе, j - k триггера, этот е выход подключен к управл квдему входу коммута тора. На фиг,1 изображена структурна  схема устройства;на фиг,2 - временные диаграм «л. Устройство состоит из генератора 1, формирующего напр жение. Генератор последовательно соединен с после йательно соединенными первичньади обмотками: магнитоупругого преобразовател  2, вторичные обмотки которого соединены с коммутатором 3, предназначенным дл  разновременного подключени  к статорным обмоткам сельсина 4 или опорного напр жени ., Нли напр жени  магнитоупругого преобразовател . Роторна  обмотка сель сина соединена с входом избирательного усилител  5, выдел ющего инфор мационное напр жение. Выход последнего св зан с входом синхронного детектора 6, работанмцего при соотношении частот сигнала и управлени  1:1. Выход детектора соединен с входом триггера Ийлитта 7, формирующего пр моугольные импульсы ноложительной пол рности. Выход триггера №литта соедин етс  с счетным входом j-k триггера переключени  8, выход которого последовательно соединен с входом счетчика устройства 9, об ладаю1цего пам тью и регистратором 10. Ротор сельсина механически св зан через редуктор 11 с двигателем 12, на одной оси с которым закреплен датчик оборотов 13, предназначенный дл  выдачи .импульсов запоминающей частоты. На фиг.З изображен внешний вид и сечение магнитоупругого преобразовател , выполнен ного. в виде коль ца 14 из феррвмагййтногоматЩзйала с распределенными по окружности обмотками: первичными 15 и втори ными 16. Обмотки уложены попарно, причем обмотки каждой пары размеще- ны диаметрально противоположно: 1ба-1бб, 1бв-16г,1бд-1бе. Число пар кратно трем. На фиг.4,изображена электрическа  схема соединени  вторичных обмо .ток.со статорными обмотками сельсина 17. Роторна  обмотка 18 сельсина соединена с входом избирательного усилител . Вторичные обмотки преобразовател  соедин ютс  со статорными обмотками переключением зажимов 19 электронного коммутатора, причем вторичные обмотки каждой пары соединены последователь но - встречно. Устройство работает следующим образом: включении генератора 1 синусоидальное напр жение с его выхода -поступает на первичные обмотки магнитоупругого преобразовател  2. Приравенстве нулю отклон ющего усили  магнитные проницаемости участков магнитоупругого силового элемента , на которые намотаны обмотки, принадлежащие одной паре, равны между собой, ЭДС, наводимые в этих обмотках, будут также равны (между собой, а за счет последовательно -.встречного включени  вторичных обмоток каждой пары, напр жение на.зажимах каждой пары вторичных обмоток становитс  равным нулю. При по влении отклон юш .егЬ усили , воздействующего на , буровой агрегат, магнитные проницаемос .ти участков магнитоупругого силового элемента, принадлежащих одной .паре обмоток, станов тс  различными ;й соответственно ЭДС, наводимые в обiMOTkax , намотанных на эти участки, станов тс  равными, и напр жени  на. зажимах каждой пары вторичных обмоток станов тс  отличными от нул . Напр жение, снимаемое со ВТОРИЧНЫХ О0МОТОК магнитоупругого преобразовател , подаетс  на один вход Коммутатора 3, на другой вход которого однов:ременно поступает опорное напр жение . В началь ный момент времени коммутатор 3 подключает опорное напр жение к статорным обмоткам сельсина 4. Амплитуда сигнала, снимаемого с роторной обмо.тки 18 сельсина 4, пропорциональна углу поворота ротора и измен етс  по синусоидальному закону. Напр жение посто нно вращающейс  роторной обмотки 18 усиливаетс  избирательным Усилителем .5, выпр мл етс .синхронным детектором 6 .и поступает на вход триггера &amp;1итта 7, В момент времени. перехода через О сигнала ротора сельсина триггер Шмитта 7 переключаетс  в состо ние Ч и переключит, триггер 8 также в Ч. Так как триггер 8 соединен с входом счетного устройства 9, то частота заполнени  с датчика оборотов 12 начинает проходить в счетное устройство 9. Однос выкода триггера 8 временно переключает коммутатор 3, который подключае,т к статорным обмоткам сельйина 4 вторичные обмотки магнитоупругого преобразовател  2, При этом напр жение роторной обмотки сельсина 4 еще не перэшло через О, из-за разности фаз между опорным напр жением и напр жением магнитоупругого преобразовател  2, поэтсму триггер ИЫитта 7 снова переходит в состо ние О. В момент t, при переходе через О сигнала ротора сельсина, наведенног напр жением вторичных обмоток магни тоупругого преобразовател  2, тригг ЦЬлитта 7 установитс  в состо ние , триггер 8 переключитс  из состо ни  и установит счетное устройство 9 в О, часто та заполнени  с датчика оборотов 13 перестанет проходить. Одновременно коммутатор 3 вернетс  в первоначаль ное состо ние, при которсм он йодк ю чен к статорным обмоткам сельсина 4 опорное напр жение с гёнератЬра 1. В момент tj, триггер Шмитта переходи в состо ние О и процесс измерен повтор етс  в той же последовательности . Таким образом, количество импульсов, прошедшее йа счетное уст ройство 9 за врем  -г пропорционально измер емому углу наклойа. Выходной сигнал фиксируетс  регистр тором 10. Формула изобретени  . Устройство дл  определени  напр лени  отклон ющего усили , содёржащее генератор, магнитоупругий сило вой элемент, выполненный в виде кольца из ферромагнитного материала с распределенными по окружности первич1НЫМИ и вторичными обмотками, электрически св занный с ними сельсин и измеритель выходной величины, от-, личающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности -и расширени  функциональных возможностей , обмотки распределены на магнитопроводе попарно, диаметрально противоположно , а число пар кратно трем, причем вторичные обмотки каждой пары включены последовательно - встречно и замкнуты на статорные обмотки сельсина через введенный в устройство электронный коммутатор, а измеритель выходной величины выполнен в виде двигател  с датчиком его оборотов , механически св занного через редуктор, с роторач сельсина, и.последовательно включенных избирательного усилител , синхронного детектора, управл ющий вход которого подключен к генератору, один выход которого св зан с электронным коммутатором через магнитоупругий преобразователь, а второй - с его входом непосредственно , триггера , j - k тригге-pa и счетчка, один вход которого св зан с выходом датчика оборотов, а второй вход - с единичным выходом j - k триггера, этот же выход подключен к управл ющему входу коммутатора . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №231177, кл. G 01 L 1/12, 1969.
2. 2.Авторское свидетельство СССР ,, кл. G 01 L 1/12, 1965 ( прототип).