SU1318810A1 - Магнитоанизотропный датчик механических усилий - Google Patents

Description

разовател  Холла. На измерительных электродах последнего возникают электрические напр жени , которые складываютс  в сумматоре 13, а затем поступают на вход измерительного прибора 14, Преобразователи установлены S отверсти х сердечника так, что их плоскости образуют углы 45 и ТЗЗ к ос м сердечника. Такое расположение обеспечивает отсутствие нулевого

1

Изобретение относитс  к области

приборостроени  и может быть использовано дл  измерени  механических напр жений , сил, веса, давлени  в различных област х техники.

Цель изобретени  - повышение точности при динамических измерени х усилий.

На фиг. 1 изображена конструкди  датчика и схема подключени  преобразователей Холла; на фиг. 2 - распределение вектора магнитной индукции в сердечнике датчика при приложении к нему механических усилий, на фиг. 3 - зависимость выходного напр жени  от величины приложений нагрузки; на фиг, 4 - конструкци  четырехсекционной возбуждающей обмотки ,

Магнитоанизотропный преобразователь содержит ферромагнитный сердечник 1, в котором выполнены щелевид ные прорези 2-5, образующие квадрат с центром в отверстии 6. В щелевид- ных прорез х преобразователи Холла 7-10 установлены таким образом, что их плоскости образуют углы в 45 и 135° с ос ми X и Y сердечника. Возбуждающий проводник 11 и преобразователи Холла своими токовыми электродами подключены к соответствующим выходам источника 12 питани . Измерительные электроды преобразователе Холла подключены к соответствующим входам суммирующего усилител  (сумматора ) 13. Выход сумматора соедине с измерительным прибором 14. Возбуждающий узел также может быть выполнен в виде четьфехсекционной обмотки 15.

сигнала, т.е. .силовые линии магнитного пол  в отсутствие нагрузки лежат в плоскости преобразовател , не пересека  ее. Погрешности в отстройке от нулевого сигнала, св занные с не- эквипотенциальностью холловских электродов , уменьшают регулировкой смещени  суммирующего усилител  13. 1 3.п. ф-лы, 4 ил.

5

0

5

0

5

0

В предлагаемом датчике целесообразно использовать ферромагнитные преобразователи Холла, изготавливаемые Из электротехнической стали,например , марки 3412 или Э320, из такой стали может быть изготовлен и сердечник датчика. Зазоры между пре- .образовател ми Холла и сердечник целесообразно заполнить непровод щей ферромагнитной пастой или уплотнени ми из ферромагнитной резины.

Могут быть также использованы и полупроводниковые преобразователи Холла, которые отличаютс  большей чувствительностью, В этом случае отверсти  выполн ют в виде прорезей, продольный размер которых значительно превосходит поперечный (а Ь), причем размером прорезь а расположена вдоль диагонали квадрата перпендикул рно лини м магнитной индукции (фиг. 2).

Преобразователи Холла своими токовыми электродами подключены к отдельным выходам источника питани . Выходы источника могут быть выполнены , например, как вторичные обмотки силового трансформатора, соединенные с выпр мител ми.

В из-мерительном узле (фиг. 1) хол- ловские электроды преобразователей 7 и 9 подключены к инвертирующему входу суммирующего усилител  13, а холловские электроды преобразовате- .лей 8 и .10 - к неинвертирующему входу , так как направлени  компоненты Вг дл  пары 7,9 и пары 8, 10 противоположны , а знак напр жени  Холла зависит от направлени  индукции. Такое подключение преобразователей

Холла к источнику питани  и сумматору позвол ет избежать взаимного влини  преобразователей.

В датчиках, предназначенных дл  измерени  больших механических уси- ЛИЙ, сердечник которых имеет сравнительно большие размеры, возбуждающий узел целесообразно выполнить в виде четырехсекционной возбуждающей обмотки (фиг. 4), уложенной в цент- ральном отверстии, или, например, в вырезах внешних поверхностей. Электрические токи в секци х имеют одинаковые направлени  и создают магнитное поле, линии индукции которого замыкаютс  по сердечнику, аналогично полю одиночного проводника.

Предлагаемый магнитоанизотропный датчик работает следующим образом.

Датчик устанавливают в измер емую конструкцию таким образом, чтобы нагрузка , например, через дополнительную силопередающую арматуру была приложена к торцовым плоскост м ферромагнитного сердечника 1. Через воз- буждающий проводник 11 и токовые элетроды преобразователей Холла 7-10 пропускают злектрический ток от источника 12 питани  (фиг. 1). Проводник 11с током создает в ферромагнит ном сердечнике 1 магнитное поле, линии магнитной индукции В которого представл ют собой концентрические окружности с центром в месте расположени  проводника. Магнитное поле от подвод щих ток проводов, удаленных от сердечника, можно не учитывать . Поэтому выходной сигнал преобразователей Холла, установленных в отверсти х так, что их плоскости со- держат касательные к лини м магнитно индукции В, равен нулю.

При приложении механической нагрузки к сердечнику 1 в нем по вл - етс  магнитна  анизотропи , оси которой совпадают с направлением действи  главных механических напр жений С в сердечнике. Величина наведенной механической анизотропии зависит от величины приложенной механической нагрузки. Магнитна  анизотропи  приводит к трансформации линий магнитной индукции из -окружностей в эллипсы , и, как следствие этого, к откло- нению касательной к линии вектора магнитной индукции от плоскости преобразовател  Холла. Это отклонение вызывает по вление компоненты вектора Вг, перпендикул рной плоскости преобразовател . Модуль этой компоненты |Вг1 тем больше, чем ббльше механические усили , приложенные к сердечнику датчика. На измерительных электродах преобразователей Холла возникают электрические напр жени , пропорциональные 1Вг, которые складываютс  в сумматоре 13, а затем поступают на вход измерительного прибора 14. Градуировку измерительного прибора выполн ют по CJTM- марному сигналу, который пропорционален приложенной механической нагрузке .

Величина компоненты Вг может бы определена из выражени 

Вг . . .-,

47ГГ (|UyCos ot+ju,(sinW)

где i - сила электрического тока, jUx,/u-y- магнитные проницаемости сердечника преобразовател  н пр моугольной системе координат X, Y, ориентированной так, что, например ось X совпадает с продольной осью сердечника; г - величина радиуса-вектора,

проведенного из начала координат до точки наблюдени ; ct - угол между положительным направлением оси X и радиусом- вектором г.

Уравнение силовых линий вектора магнитной индукции В в сердечнике преобразовател  под механической нагрузкой Р в пр моугольной системе координат X, Y  вл етс  уравнением эллипса:

2 2

vx + С,

которое в отсутствие нагрузки () преобразуетс  в уравнение окружности с центром в точке расположени  проводника с электрическим током.

Как видно из приведенного аналитического выражени  и построений, показанных на фиг, 2, преобразование силовых линий вектора Е из окружностей в эллипсы приводит к по влению компоненты, перпендикул рной плоскости преобразовател  Холла, и выходного сигнала на измерительнь х электродазс. Наибольшее значение компонента Вг имеет дри ei.45 .- Поэтому преобразователи установлены в отвер- сти х сердечника так, что их плоскоети образуют углы 45 и 135 к ос м сердечника. Кроме того, такое расположение преобразователей Холла обеспечивает отсутствие нулевого сигнала , так как силовые линии магнитно- го пол  в отсутствие нагрузки лежат в плоскости преобразовател , не пересека  ее.

Погрешности в отстройке от нулевого сигнала, св занные с неэквипотен- циальностью холловских электродов, отклонением реальной картины распределени  индукции от идеальной, приведенной на фиг, 2, при питании посто нным током, уменьшают до допусти- мых значений, например, с помощью регулировки смещени  суммирующего усилител  13.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1 .Магнитоанизотропный датчик механических усилий, содержащий ферромаг- нич ный сердечник, выполненный в виде пр моугольного параллелепипеда с от- версти ми, осевые линии которых  вл ютс  диагонал ми квадратного сече-

   г в ео- (О - 15 е  20

   и е - 25 - ;

   3188106

   ни  сердечника., возбуждающий и измерительный узлы, источник питани  и регистрирующий прибор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при динамических измерени х усилий, измерительный узел содержит преобразователи Холла и сумматор, а в центре сердечника выполнено отверстие, в котором расположен возбуждающий узел в виде проводников , причем отверсти  в вершинах квадратного сечени  сердечника выполнены в виде прорезей, продольна  сторона которых расположена вдоль диагонали квадрата, в прорез х под углами 5 и 135° к ос м сердечника установлены преобразов атели Холла, измерительные электроды которых подключены к соответствующим входам сумматора .
2. 2. Магнитоанизотропный датчик по По 1, отличающийс  тем, что возбуждающий узел выполнен в виде четьфехсекционной обмотки, расположенной в центральном отверстии и на взаимно перпендикул рных гран х сердечника .

   Вг

   0.2 ОМ 0.6 0.8 1.0

   Р/Рмакс. Фиг.З

   ФигЛ