SU970151A1 - Магнитоупругий датчик давлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к контрольногизмерительной технике и может быть использовано дл  контрол  давлени  жидкостей преимущественно в гидрос.истемах управлени  нажимными валками клетей прокатных станов.

Известны магнитоупругйе датчики давлени , содержащие корпус, магнитопровод , выполненный в виде кольца с двум  консольными балками с выступами , расположенными в плоскости по его дис1метру, на каждой из которых размещены намагничивающа  и измерительна  обмотки и мембрану, прижатую к кольцу магнитопровода и преобразующую измер емое давление в усилие, передаваемое к выступам консольных балок 1.

Однако в известном устройстве трение скольжени , возникающее при прогибе консольных магнитопроводов, ведет к увеличению случайной погрешности , погрешности гистерезиса и, следовательно, к общему понижению точности измерени  давлени .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  магнитострикциончый датчик давлени , содержащиП магнитострикционный чувствительмыЛ элемент в виде пустотелого цилиндра, укрепленного на стойке из электропровод щего материала. Стойка снабжена верхним и нижним фланцами, к которым прикреплен чувствительный элемент. Внутри стойки имеетс  канал, сообщающийс  с входньвл штуцером датчика .Снаружи стойки расположены две клеммы, с которыми соединены выходные провода

10 датчика. Изменение давлени  внутри чувствительного элемента и снаружи (датчик разности давлени ) или только- снаружи (датчик абсолютного давлени ) создает вертикальный нитострикционный эффект, вызывающий изменение индуктивности стойки, благодар  чему в ней измен етс  ток, который служит мерой контролируемого давлени  2.

20 Однако этот датчик характеризуетс  относительно низкой абсолютной магнитоупругой чувствительностью.

Действительно, изменение индуктивности токопровод щей стойки при

25 посто нстве тока (i const) можно после р да преобразований определить .следующим образом:

А - WtP Х

где дМ - изменение магнитной протр ницаемости магнитоупругого материала трубы; сечение трубы, участвующее в проведении магнитного потока;

внутренний радиус трубы.

трОднако такой датчик  вл етс  преобразователем дроссельного типа, дл  которого справедливо U const и i var при действии давлени . Если материал трубы характеризуетс  положительной магнитострикдией и пр действии внешнего давлени  в поверхностном слое трубы возникают сжимающие касательные напр жени , то магнитна  проницаемость снижаетс , а индуктивность падает. Ток в электропровод щем стержне растет. Увеличиваетс  напр женность магнитного пол на внутренней поверхности трубы, состо ние которой характеризуетс  н i .const, а и const, i var, т.е. изменение индуктивности, пропоциональное изменению потокосцеплени , будет меньшим.

Изложенное выше справедливо при отсутствии осевых усилий в поверхностном внутреннем слое трубы. Их присутствие еще в большей степени снижает абсолютную магнитоупругую чувствительность и линейность выходной характеристики устройства. Цель изобретени  - увеличение абсолютной магнитоупругой чувствительности и улучшение линейности выходной характеристики.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в магнитоупругом датчике давлени , содержащем заключенный в корпусе чувствительный элемент в виде полого магнитоупругого цилиндра с элементом намагничивани  внутри, последний выполнен в виде сердечник с обмоткой, причем ось сердечника, совпадаквда  с осью обмотки, и ось цилиндра взаимно перпендикул рны и лежат в одной плоскости, а между корпусом и наружной боковой поверхностью цилиндра выполнена полость, сообщенна  с измер емой средой.

Кроме того, чувствительный элемент датчика может быть выполнен в виде двух вложенных один в другой полых цилиндров, причем наружный цилиндр выполнен из немагнитного материала, а внутренний - из магнитоупругого .

Магнитный поток Ф, внутреннего магнитопровода в местах стыка с трубчатым чувствительным элементом разветвл етс  в нем на два потокаф р совпадающих по направлению с тангенциальными сжимающими напр жени ми в поверхностном внутреннем слое цилиндрического чувствительного элемента , возникающими вследствие воздействи  давлени  только на его

внешнюю боковую поверхность (осевые усили  исключены). Тогда изменение индуктивности обмотки, охватывающей в предлагаемом устройстве внутренний магнитопровод и содержащий дл  сравнени  с известным только один виток (при i const), определ ют после р да преобразований,использующих известные зависимости, следующим образом:

л - гь.Мтр Sx 1СГ,р

Провед  сопоставительный анализ изменени  индуктивности в известном и предлагаемом магнитоупругих датчиках давлени , получаем, что абсолютна  магнитоупруга  чувствительность предлагаемого датчика в 4 раз выше чувствительности известного.

На фиг.1 изображен магнитоупруги датчик давлени , продольное сечение на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - вариант выполнени  датчика

Магнитоупругий датчик давлени  состоит из чувствительного элемента 1 в виде толстостенной трубы цилиндрической формы, выполненной из магнитоупругого материала, катушки 2 с обмотками и преимущественно двухполюсным магнитопроводом 3 из магнитсм гкого материала. Выводы обмоток подключены к разъему 4, через который происходит подвод питани  и съем сигнала. Между корпусом.5 датчика и внешней боковой поверхностью чувствительного элемента 1 находитс  полость б, соедин ема  с измер емой средой.

Внутренний магнитопровод может быть и -многополюсныи, однако в этом случае резко возрастает вли ние воздушных зазоров.

Чувствительный элемент 1 может быть изготовлен из немагнитного материала . В этом варианте выполнени  (фиг.2) имеетс  кольцева  вставка 7 из магнитоупругого материала, что позвол ет соответствующим выбором толщины и ширины материала активно вли ть на чувствительность датчика.

Магнитоупругий датчик давлени  работает следующим образом.

При подключении намагничивающей обмотки датчика к источнику переменного тока в магнитопроводе, состо щем из внутреннего магнитопровода и цилиндрического чувствительного элемента, возникает магнитный поток Магнитный поток внутреннего магнитопрввода разветвл етс  в цилиндрическом чувствительном элементе на две (Фиг.1) или более параллельные ветви (при другом числе полюсов внутреннего магнитопровода). Потоки в трубе сосредоточены в достаточно

тонком поверхностном слое, толщина которого определ етс  физическими свойствами выбранного магнитоупругого материала и величинами механических напр жений в этом слое. При воздействии измер емой среды только на внешнюю боковую поверхность цилиндра во внутреннем поверхностном слое трубы возникают сжимающие касательные напр жени , привод щие при положительной магнитострикции материала трубы к снижению магнитной проницаемости материала, магнитной индукции во внутреннем слое трубы и магнитного потока в работающем сечении трубы. Изменение (снижение) магнитного потока в каждой из параллельных ветвей магнитной цепи обусловливает соответствующие изменени  магнитного потока во внутреннем магнитопроводе

ДФс--ИЛфтр,

где Лф и изменени  магнитного

потока во внутреннем магнитопроводе и в одной из параллельны ветвей потока в трубчатом чувствительном элементе соответственно;

п - число параллельных ветвей потока в чувствительном элементе .

При дроссельном варианте выполнени  датчика (при одной обмотке) по изменению тока в обмотке магнитоупругого датчика давлени , обусловленному изменением ее индуктивности, суд т о величине измер емого давлени .

При трансформаторном варианте выполнени  датчика (при двух обмоТках ) о величине измер емого давлени  суд т по наведенной в измерительной обмотке ЭДС, пропорциональной потокосцеплению измерительной обмотки. При этом варианте абсолютна  чувствительность датчика тем больше, чем

больше при одном и том же изменении механического касательного напр жени  AG изменение потокосцеплени  измерительной обмотки

с- А%г м-Ц;иглл &ФС

«/г- л. л

дб-.

&Gi

где Ш,,| - число витков измерительной обмотки.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрени  датчика в АСУ ТП прокатки по одному стану составит ориентировочно 250 тыс.руб.

Claims (2)

1.Магнитоупругий датчик давлени , содержащий заключенный в корпус чувствительный элемент в виде полого магнитоупругого цилиндра с элементом намагничивани  внутри, отличающийс  тем, что,

с целью увеличени  чувствительности и улучшени  линейности выходной характеристики, элемент намагничивани  в нем выполнен в виде сердечника с обмоткой, причем ось сердечника- , совпадающа  с осью обмотки, и ось цилиндра взаимно перпендикул рны и лежат в одной плоскости, а между корпусом и наружной боковой поверхностью цилиндра выполнена полость , сообщенна  с измер емой средой .

2.Датчик по п. 1, отличающий с   тем, что чувствительный элемент в нем выполнен в виде двух вложенных один в другой полых цилиндров, причем наружный цилиндр выполнен из немагнитного материала а внутренний - из магнитоупругого.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 535476, кл. G 01 L 9/16, 1975.

2.Патент Японии № 51-14395, кл; G 01 L 9/16, 1976 (прототип).

/У

//////// ///

Фиг. 2

Фиг.1