Магнитоупругий преобразователь для измерений усилий

9 З А

А-А

д 2

14 г

95

Известны магнитоупругие преобразователи для измерения усилий, основанные на магнитоупругих свойствах некоторых материалов. Эти преобразователи выполнены в виде сердечников из магнитострикционного материала , которые содержат участки, например, в виде стержней, подвергающихся действию нагрузок , и участки, практически разгружен ные от их воздействия. Эти участки замкнуты в магнитные цепи и содержат расположенные на них обмотки.

Мерой приложенього усилия является изменение индуктивности участков с обмотками , вызванное изменением магнитной проницаемости участков из-за возникновения в них механических напряжений. Индуктивности сердечника соединяются между собой, а также с питающим трансформатором и измерительным нрибором но мостовой или дифференциальной трансформаторной схеме.

Предложенный магнитоупрутий преобразователь , выполненный в различных вариантах , отличается от известных кольцевой формой своего сердечника, что позволяет применять его для измерения радиальных нагрузок на подшипниковых опорах в условиях ограниченного пространства вокруг них.

оомоток сердечника в электрические измерительные схемы; на фиг. 5 - магнитоупругий преобразователь, второй вариант; на ф|иг. 6- 9 - варианты магнитоунругого преобразователя со стержневыми элементами.

По первому варианту (фиг. 1) сердечник преобразователя имеет вид цилиндрического кольца }, изготовленного путем набора в пакет колец из трансформаторной стали. В сердечпике имеется ряд одинаковых отверстий (каналов) 2, расположенных симметрично относительно ширины кольца и равномерно по окружности. Отверстия сгруппированы по четырем секторам 3, 4, 5 и 6, расположенным

между линиями 7 и S. В отверстиях каждого сектора уложено но одной обмотке 9, 10, 11 и 12. Укладка обмотки в отверстия каждого сектора произведена таким образом, что провод заведен, например, через второе левое

отверстне третьего сектора сверху, далее протянут через третье отверстие снизу, а затем через четвертое отверстие сверху и т. д. Между секторалш имеются свободные отверстия для скрепления сердечника.

Образование многовитковой обмотки может осуществляться применением многожильного провода с изолированными друг от друга жилами , концы которого после намотки соединяются соответствующим образом. Кроме тозом , что образуются две отдельные мгюговитковые обмотки, расположенные в одних и тех же отверстиях секторов. Из фиг. 1 видио, что магнитные потоки двух расположенных рядом частей обмотки имеют одно и то же направление в зонах сердечника , лежащих между его отверстиями. Два противолежащих сектора на вертикальной оси являются участками кольца, работающими при измерении вертикальной составляющей, а два других противолежащих сектора на горизонтальной оси являются участками, работающими нри измерении горизонтальной составляющей -измеряемого усилия. Принцип работы магнитоупругого нреобразователя достаточно рассмотреть на примере одной пары секторов. Например, при действии вертикальной силы, направленной вверх, усилие через обойму подщипника распределяется ио внутренней поверхности верхнего сектора и сжимает в радиальиом направлении участки кольца между отверстиями, что приводит к изменению магнитного соиротивления этих участков и индуктивности обмотки данного сектора. Нижний сектор при этом нагрузки не воспринимает. Изменение иидуктивиости регистрируется по одной из схем, показанных на фиг. 2-4. Реализация схемы, показаниой на фиг. 2, возможна при наличии в отверстиях каждого сектора двух независимых обмоток. Одна обмотка является обмоткой возбуждения или первичной обмоткой. Вторая обмотка является измерительной или вторичной обмоткой. Первичные обмотки 9Р и IIP противолежащих секторов соедииены иоследовательно и подключеиы через реактор 13 к источнику иеременного тока 14. Вторичные обмотки 9S и 1 IS, соединенные встречно, иодключены к измерительному прибору 15. Измеиение иидуктивиостей на фиг. 3 регистрируется по мостовой схеме, у которой два смежных активных плеча образованы обмотками 9 W. 11, а вторые два илеча - вторичной обмоткой питающего трансформатора 16, со средним выводом 17, позволяющим производить устаиовку нуля иутем изменения точки его ирисоединеиия. В схеме по фиг. 4 изменение индуктивности регистрируется прибором, включенным в диагональ индуктивного моста, образованного обмотками двух противолежащих секторов сердечника . При этом обмотки каждого из секторов расположены в противоположных плечах моста. На фиг. 5 показан второй вариант преобразователя . По этому вариаиту отверстия 2 для расположения обмоток ущирены вдоль кольца сердечника, что позволяет повысить удельную нагрузку участков кольца между отверстиями и вместе с тем чувствительность устройства . части сердечника, расположенные между ними , образуют но два в каждом секторе удлиненных параллельных стержня. На каждом из стерл ней имеется, по крайней мере, одна обмотка. При таком выполнении сердечника максимально уменьщается взаимовлияние горизонтальной и вертикальной компоненты измеряемой силы и функционирование секторов не зависит от качества контакта поверхности сердечника с корпусом подщипника. На фиг. 7 дан четвертый вариант описываемого преобразователя. По этому вариаиту для повыщения диапазона измеряемых нагрузок в каждом секторе содержится две группы параллельных стержней, разделенных промежутком , достаточным для размещения обмоток , иаматываемых вокруг каждой группы стержней. По пятому варианту (фиг. 8) стержни преобразователя в каждом секторе расположены равномерно с определенным шагом и имеют обмотку, охватывающую каждый стержень. Магиитиые потоки в смежных стержнях имеют встречное направление, что уменьщает опасность насыщения кольцевых участков сердечника. На фиг. 9 дан щестой вариант предложенного преобразователя. Здесь для повышения чувствительности при измерении небольших нагрузок в каждом секторе имеется только по одному стержию с обмоткой. Магнитные потоки в вертикальных и в горизонтальных стержнях взаимосвязаны. Это позволяет использовать устройство только при измереиии силы известного направления. При действии силы вся нагрузка воспринимается одним из вертикальных стержней, например нижним. Верхний стержень в этом случае связан с кольцевым участком, имеющим малую лсесткость, при которой существенных напряжений в нем не возникает. Разиостный поток , воспринимаемый горизонтальными катущками , является мерой приложенного усилия. Предмет изобретения 1. Магнитоупругий преобразователь для измерений усилий, содержащий замкнутый сердечпик , собранный из пластин с отверстиями, расположеииыми таким образом, что между ними образуются элементы, воспринимающие нагрузку, на которых намотаны обмотки, включенные в электрические схемы, регистрирующие изменение магнитного сопротивления элементов сердечника под действием приложенного усилия, отличающийся тем, что, с целью измерений радиальных усилий, действующих на подшипники валов, и возможности установки его в малом пространстве вокруг иодшипника, в нем сердечник кольцевой формы восприиимает нагрузку своей внутренней цилиндрической поверхностью.

на них обмотками сгруппированы по четырем секторам.

3.Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отверстия для обмоток расположены симметрично относительно ширины кольца и на равном расстоянии друг от друга по окружности.

4.Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что число и размеры отверстий сердечника выбраны так, что части сердечника , находящиеся между ними, образуют стержни по одному в каждом секторе.

5.Преобразователь по пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что его сердечник в каждом секторе имеет по два параллельных стержня, на которых расположены обмотки.

6.Преобразователь по пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что его сердечник в каждом секторе имеет по нескольку параллельных стерл ней , расположенных двумя группами с промежутком , достаточным для размещения обмоток вокруг каждой группы стержней.

7.Преобразователь по пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что его сердечник имеет в каждом секторе несколько параллельных стержней , расположенных на равном расстоянии друг от друга, с обмотками, охватывающими каждый стержень.