SU773782A1

SU773782A1 - Device for converting magnetic field strength into electric value

Info

Publication number: SU773782A1
Application number: SU752139452A
Authority: SU
Inventors: Владимир Алексеевич Смирнов
Original assignee: Московский Ордена Ленина Энергетический Институт
Priority date: 1975-05-30
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1980-10-23

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам , для преобразования напряженности магнитного поля в электрическую величину, выполненным на базе магнитоуправляе- 5 мых контактов/ * Известны магнитоуправляемые контакты, выполненные в виде жестко укрепленных в опоре ферромагнитных сердечников, перекрывающихся свободными Ю концами, сближающихся при увеличении тока в катушке с нуля до некоторого значения и расходящихся при дальнейшем увеличении тока £1} .The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for converting a magnetic field into an electrical quantity made on the basis of magnetically controlled 5 contacts / * Magnetically controlled contacts are known which are made in the form of ferromagnetic cores rigidly fixed in a support, overlapping with free ends that come together when increasing the current in the coil from zero to a certain value and diverging with a further increase in current £ 1}.

При изменении напряженности маг- 15 нитного поля изменяется величина перемещения ферромагнитных сердечников и, как следствие, их межконтактная емкость.With a change in the magnetic field strength, the displacement of ferromagnetic cores and, as a consequence, their intercontact capacitance change.

Использование межконтактной емкос4 20 ти свободных концов ферромагнитнык сердечников в качестве параметра, несущего информацию о величине напряженности магнитного поля, имеет ряд недостатков, связанных с нелинейное- 25 тью ее изменения при перемещении сердечников, малой кратностью, а также незначительных абсолютных значений (0,5-3,0 пф), что требует для изменения выс’окой частоты.The use of intercontact capacitance4 of 20 free ends of ferromagnetic cores as a parameter that carries information about the magnitude of the magnetic field strength has a number of disadvantages associated with its nonlinear change in cores when moving the cores, low multiplicity, and also insignificant absolute values (0.5- 3.0 pF), which requires a high frequency to change.

Наиболее близким из известных технических решений является магнитом управляемый контакт, содержащий подвижные элементы в виде жестко укрепленных в опоре ферромагнитных пластин, перекрывающиеся свободными концами, чувствительный элемент относительного перемещения свободных концов пластин и.измерительный элемент, связанный с чувствительным элементом, причем измерение перемещения свободных концов контактных сердечников осуществляется с помощью фоточувствительных элементов, в частности, фотоумножителей и осветительной лампы, установленных по разные стороны от зазора, образованного перекрывающимися концами сердечника. В этих устройствах напряженность магнитного поля преобразуется в ток фотоумножителя ^2] .The closest known technical solution is a magnetically controlled contact containing movable elements in the form of ferromagnetic plates rigidly fixed in the support, overlapping by free ends, a sensitive element of the relative movement of the free ends of the plates and a measuring element associated with the sensitive element, the measurement of the movement of the free ends of the contact cores is carried out using photosensitive elements, in particular, photomultipliers and a lighting lamp, installed oval on different sides of the gap formed by the overlapping ends of the core. In these devices, the magnetic field is converted into a photomultiplier current ^ 2].

Однако использование этих устройств в качестве преобразователей напряженности магнитного поля в электрическую величину требует стабильного источника напряжения, беспылевую атмосферу и точную установку геркона относительно оси фоточувствитеЯьный элемент. Эти факторы снижают надежность подобных преобразователейHowever, the use of these devices as converters of the magnetic field to an electric quantity requires a stable voltage source, a dust-free atmosphere, and a precise installation of the reed switch relative to the axis of the photosensitive element. These factors reduce the reliability of such converters.

Еще один недостаток - узость диапазона преобразования при увеличении габаритных размеров геркона.Another drawback is the narrowness of the conversion range with an increase in the overall dimensions of the reed switch.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение диапазона преобразования.The purpose of the invention is to increase reliability and expand the conversion range.

Цель достигается тем, что в из- 5 вестном магнитоуправляемом, контакте чувствительный элемент выполнен в виде тензорезисторов, установленных на подвижных ферромагнитных пластинах.The goal is achieved by the fact that in a known magnetically controlled contact, the sensing element is made in the form of strain gauges mounted on movable ferromagnetic plates.

• 1Q• 1Q

На фиг. 1 изображен магнитоуправляемый контакт с одним тензорезисто- : ром; на фиг. 2 - асимметричный магнитоуправляемый контакт с двумя тензорезисторами; на фиг. 3 - симметричный магнитоуправляемый контакт с че- 15 тырьмя тензорезисторами; на фиг. 4 симметричный магнитоуправляемый кон такт с тензорезисторами, размещенными в корпусе; на фиг. 5 - схема соединения тензорезисторов с намагничи- 20 вающей катушкой управления.In FIG. 1 shows a magnetically controlled contact with one strain gauge: rum; in FIG. 2 - asymmetric magnetically controlled contact with two strain gauges; in FIG. 3 - symmetric magnetically controlled contact with four to 15 strain gauges; in FIG. 4 symmetric magnetically controlled contact with strain gauges located in the housing; in FIG. 5 is a diagram of a connection of strain gauges with a magnetizing control coil 20.

Магнитоуправляемый контакт содержит ферромагнитные сердечники 1 и 2, укрепленные в опорах 3 и 4 и перек-. рывающиеся свободными концами. На одном из ферромагнитных сердечников 1 (или 2,см. пунктир) установлен тен'зорезистор 5 с выводами 6 и 7, один тенэорезистор Э с выводами 9 и 10, установленный как и тенэорезистор 5 вблизи места крепления ферромагнитного сердечника 1 в опоре 3, но на противоположной поверхности два тензорезистора 11 и 12 с выводами 13-16, установленные на ферромагнитном сердечнике 2,корпус 17,внутри которого οι расположен.Корпус выполнен из изоляционных материалов и может быть выпол нен как в герметичном, так и в негер'метичном исполнении. В любом случае выводы 6, 7, 9, 10, 13, 14, 15, 16 с 40 тензорезисторов 5, 8, 11 и 12 заизолированы от ферромагнитных сердечников 1 и 2. Кроме того,предлагаемый магнитоуправляемый контакт содержит электромагнитную катушку 18, обмотка 45 которой через усилитель-преобразователь 19 соединена с выводами 6,7, 9, 10, 13, 14, 15, 16 тензорезисторов 5, 8, 11 и 12.Magnetically controlled contact contains ferromagnetic cores 1 and 2, mounted in supports 3 and 4 and perek-. rushing loose ends. On one of the ferromagnetic cores 1 (or 2, see the dotted line), a ten resistor 5 with terminals 6 and 7 is installed, one tenoresistor E with terminals 9 and 10, installed like a tenoresistor 5 near the attachment point of the ferromagnetic core 1 in support 3, but on the opposite surface there are two strain gauges 11 and 12 with leads 13-16 installed on the ferromagnetic core 2, the housing 17, inside which οι is located. The housing is made of insulating materials and can be made both in hermetic and in non-hermetic design. In any case, the conclusions 6, 7, 9, 10, 13, 14, 15, 16 with 40 strain gages 5, 8, 11 and 12 are insulated from the ferromagnetic cores 1 and 2. In addition, the proposed magnetically controlled contact contains an electromagnetic coil 18, a winding 45 which through the amplifier Converter 19 is connected to the terminals 6,7, 9, 10, 13, 14, 15, 16 strain gages 5, 8, 11 and 12.

Магнитоуправляемый контакт, выпол- е* ненный по фиг. 1 работает следующим образом.The magnetically controlled contact according to FIG. 1 works as follows.

При подаче управляющего воздействия в виде продольного или поперечного магнитного или электромагнитного поля на систему ферромагнитных сердечников 1 и 2, последние сближаются до замыкания, если начальный зазор не превьонает предельного значения, т.е. такого, при котором замыкание еще имеет место. Указанное сближение ¢0 сопровождается деформацией упомянутых сердечников 1 и 2 за счет их жесткого крепления в опорах 3 и 4, причем внешние, наружные поверхности ферромагнитных сердечников растягиваются, 45 а внутренние поверхности - сжимаются. Эта деформация вызывает изменение сопротивления тензорезистора 5. При правильно выбранном и установленном типе тенэорезистор^ 5 его сопротивление изменяется пропорционально перемещению конца магнитоуправляемого сердечника 1.When a control action is applied in the form of a longitudinal or transverse magnetic or electromagnetic field to the system of ferromagnetic cores 1 and 2, the latter come closer to closure if the initial gap does not exceed the limit value, i.e. one in which a closure still takes place. The indicated approach ¢ 0 is accompanied by a deformation of the said cores 1 and 2 due to their rigid fastening in the supports 3 and 4, the outer and outer surfaces of the ferromagnetic cores being stretched, 45 and the inner surfaces being compressed. This deformation causes a change in the resistance of the strain gauge 5. With a correctly selected and installed type, the resistor ^ 5, its resistance changes in proportion to the movement of the end of the magnetically controlled core 1.

!!

Такое решение позволяет преобразовать величину внешнего электромагнитного поля (протекающий по проводу ток, перемещение постоянного магнита и т.п.) в изменение величины сопротивления тензорезистора. Наиболее целесообразное применение предлагаемого магнитоуправляемого контакта - измерение силы тока в линиях электропередач и устройствах постоянного тока.This solution allows you to convert the magnitude of the external electromagnetic field (current flowing through the wire, the movement of a permanent magnet, etc.) into a change in the resistance value of the strain gauge. The most appropriate application of the proposed magnetically controlled contact is the measurement of current in power lines and DC devices.

Работа магнитоуправляемого контакта, выполненного на фиг. 2, аналогична работе магнитоуправляемого контакта, выполненного на фиг. 1. Однако наличие дополнительно еще одного тензорезистора, позволяет известными приемами решать вопрос о компенсации температурных вариаций сопротивления тензорезистора с помощью известных схем соединения тензорезисторов и одновременно позволяет увеличить полезный сигнал (в виде изменения сопротивления) .The operation of the magnetically controlled contact of FIG. 2 is similar to the operation of the magnetically controlled contact made in FIG. 1. However, the presence of one more strain gage additionally allows the well-known methods to solve the problem of compensating temperature variations of the resistance of the strain gage with the help of well-known connection schemes of strain gages and at the same time increases the useful signal (in the form of a change in resistance).

Работа магнитоуправляемого контакта, выполненного на фиг. 3, аналогична предыдущему случаю. Однако наличие еще двух тензорезисторов 11 и 12 позволяет иметь больший выходной- сигнал при том же перемещении ферромагнитных сердечников.The operation of the magnetically controlled contact of FIG. 3 is similar to the previous case. However, the presence of two more strain gages 11 and 12 allows you to have a larger output signal with the same movement of the ferromagnetic cores.

Это относится и к работе магнитоуправляемого контакта, выполненного на фиг. 4. Защищенность внутреннего объема позволяет в какой-то мере дополнительно стабилизировать характеристики магнитоуправляемого контакта при изменении давления, влажности, температуры, степени запыленности, загазованности и т.п. окружающей среды.This also applies to the operation of the magnetically controlled contact made in FIG. 4. The security of the internal volume allows to some extent to further stabilize the characteristics of the magnetically controlled contact when changing pressure, humidity, temperature, degree of dust, gas contamination, etc. the environment.

Работа магнитоуправляемого контакта, выполненного на фиг. 5, аналогична предыдущим вариантам. Однако в отличие от разнообразных вариантов наличие обратной связи по положению магнитоуправляемых сердечников, которая может быть организована как положительной, так и отрицательной, позволяет изменять характеристики магнитоуправляемого контакта.The operation of the magnetically controlled contact of FIG. 5 is similar to the previous options. However, unlike various options, the presence of feedback on the position of magnetically controlled cores, which can be organized both positive and negative, allows you to change the characteristics of the magnetically controlled contact.

Claims

The invention relates to electrical engineering, in particular, to devices for converting the strength of a magnetic field into an electrical value made on the basis of magnetically controlled contacts; Magnetic contacts are known, made in the form of ferromagnetic centers fixed in a support rigidly fixed in a support. Bays that overlap with free ends, approach each other when the current in the coil increases from zero to a certain value and diverge with a further increase in current. With a change in the intensity of the magnetic field, the magnitude of the displacement of the ferromagnetic cores and, as a consequence, the intercontact capacitance cx. The use of the intercontact capacitance of the free ends of the ferromagnetic cores as a parameter, which does not have information about the magnitude of the magnetic field, has a number of drawbacks related to its nonlinear variation when moving cores, small multiplicity, and also minor absolute values (0.5 -3.0 pF), which requires a change in high frequency. The closest of the known technical solutions is a tape recorder controlled contact containing movable elements in the form of ferromagnetic plates rigidly fixed in a support, overlapping with free ends, a sensitive element of the relative movement of the free ends of the plates and a measuring element connected the free ends of the contact cores are implemented with photosensitive elements, in particular, photomultipliers and a lighting lamp, installed on opposite sides of the gap formed by the overlapping ends of the core. In these devices, the magnetic field strength is converted into a current of the photomultiplier 2. However, the use of these devices as converters of magnetic field strength into an electrical value requires a stable voltage source, a perfect atmosphere and precise installation of the reed switch relative to the photosensitive element axis. These factors reduce the reliability of such converters. Another disadvantage is the narrowness of the conversion range with increasing overall dimensions of the reed switch. The purpose of the invention is to increase the reliability and expand the conversion range. The goal is achieved by the fact that in a known magnetically controlled contact, the sensitive element is made in the form of strain gages mounted on movable ferromagnetic plates. FIG. 1 shows a magnetically controlled contact with one strain gauge; in fig. 2 - asymmetrical magnetically controlled contact with two strain gages; in fig. 3 - symmetrical magnetically controlled contact with four strain gauges; in fig. 4 symmetrical magnetically controlled contact with strain gages located in the housing; in fig. 5 is a diagram of the connection of the strain gauges with the magnetizing control coil. The magnetically controlled contact contains ferromagnetic cores 1 and 2, reinforced in supports 3 and 4 and cross. snatch free ends. On one of the ferromagnetic cores 1 (or 2 cm the opposite surface are two tensors of resistor 11 and 12 with leads 13-16, mounted on a ferromagnetic core 2, housing 17 inside which is located. The body is made of insulating materials and can be made in either hermetic or non-hermetic design. In any case, pins 6, 7, 9, 10, 13, 14, 15, 16 s of the strain resistors 5, 8, 11 and 12 are insulated from the ferromagnetic cores 1 and

2. In addition, the proposed magnetically controlled contact contains an electromagnetic coil 18, the winding of which through the amplifier-converter 19 is connected to the terminals 6,7, 9, 10, -13, 14, 15, 16 of the strain gages 5, 8, 11 and 12. Magnetic control The contact made according to FIG. 1 works as follows. When applying a control effect in the form of a longitudinal or transverse magnetic or electromagnetic field to the system of ferromagnetic serie of sensors 1 and 2, the latter approach each other to be scanned, if the initial gap does not exceed the limit value, i.e. such that the closure still takes place. This approach is accompanied by deformation of the said cores 1 and 2 due to their rigid mounting in the supports 3 and 4, with the outer, outer surfaces of the ferromagnetic cores stretching and the inner surfaces compressing. This deformation causes a change in the resistance of the strain gauge 5. When the type of strain gauge 5 is correctly selected and installed, its resistance changes in proportion to the end of the magnetically controlled core 1. This solution allows the external electromagnetic field to be converted (current flowing through the wire, moving the permanent magnet, etc.) p.) to the change in the resistance value of the strain gauge. The most appropriate application of the proposed magnetically controlled contact is to measure the current intensity in power lines and DC devices. The operation of the magnetically controlled contact made in FIG. 2 is similar to the operation of a magnetically controlled contact made in FIG. 1. However, the presence of an additional one strain gauge, allows limescale techniques to solve the problem of compensating for temperature variations in the resistance of the strain gauge using well-known connection diagrams of strain gauges and at the same time allows for an increase in the useful signal (as a change in the resistance). The operation of the magnetically controlled contact made in Fig. 3 is similar to the previous case. However, the presence of two more strain gages 11 and 12 allows one to have a larger output signal with the same displacement of ferromagnetic cores. This also applies to the operation of the magnetically controlled contact made in FIG. .four. The security of the internal volume allows in some measure to further stabilize the characteristics of the magnetically controlled contact with changes in pressure, humidity, temperature, degree of dustiness, gas contamination, etc. the environment. The operation of the magnetically controlled contact made in FIG. 5, similar to the previous options. However, unlike various options, the presence of feedback on the position of the magnetically controlled cores, which can be organized both positively and negatively, allows the characteristics of the magnetically controlled contact to change. Apparatus of the Invention A device for converting a magnetic field strength into an electric quantity, containing movable elements in the form of ferromagnetic plates rigidly fixed in a support, overlapping with free ends, a sensitive element relative to