SU1636776A1 - Magnetoelectric measuring mechanism - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в щитовых малогабаритных высокочувствительных приборах. Цель - повышение чувствительности измерительного прибора при сохранении значительного угла раствора его шкалы, достигаетс  благодар  введению ферромагнитного элемента, ферридов, определенного выполнени  посто нного магнита с соответствующими св з ми. Измерительный механизм содержит маг77 /О t I з к нитную систему, состо щую из полого цилиндра 1 и плоских оснований 2 и 3, внутри которой к нижнему основанию прикреплен посто нный магнит, состо щий из двух полудисков 4 и 5, намагниченных вдоль оси в противоположных направлени х. В рабочем зазоре, образованном посто нным магнитом и верхним основанием 3, размещена рамка 6 с измерительной обмоткой, установленна  на поворотной оси 9, размещенной в керновых опорах 10. На диаметральной стороне рамки 6 с одной из сторон от оси закреплен ферромагнитный элемент, а на посто нном магните напротив ферромагнитного элемента размещены на линии стыка полудисков 4 и 5 два двух- позиционных магнитных элемента релейного типа (ферриды). Ферриды включены в электрическую цепь измерительной обмотки и обеспечивают при одновременном переключении смену пол рности подключени  измерительной обмотки к источнику измер емого сигнала. 4 ил. SЈ /О I 13 / О5 со оэ CfcThe invention relates to a measurement technique and can be used in small-panel, high-sensitivity devices. The goal is to increase the sensitivity of the measuring device while maintaining a significant solution angle of its scale, achieved through the introduction of a ferromagnetic element, ferrides, a certain implementation of a permanent magnet with corresponding connections. The measuring mechanism contains a magnet / O t I z knitnaya system consisting of a hollow cylinder 1 and flat bases 2 and 3, inside of which a permanent magnet is attached to the lower base, consisting of two half disks 4 and 5, magnetized along the axis in opposite directions x. In the working gap, formed by a permanent magnet and upper base 3, a frame 6 is placed with a measuring winding mounted on a rotary axis 9 placed in core supports 10. On the diametral side of frame 6, a ferromagnetic element is fixed on one side of the axis Two two-position magnetic elements of the relay type (ferrides) are placed on the line of the half-disks 4 and 5 opposite the ferromagnetic element. Ferrides are included in the electrical circuit of the measuring winding and, while simultaneously switching, provide a change in the polarity of the connection of the measuring winding to the source of the measured signal. 4 il. SЈ / O I 13 / O5 co oe Cfc

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано в малогабаритных щитовых электроизмерительных приборах высокой чувствительности с большим углом раствора шкалы.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in small-sized electrical panel meters of high sensitivity with a large angle of solution of the scale.

Цель изобретени  - повышение чувствительности магнитоэлектрического измерительного механизма при сохране- нии малых габаритов и значительного (угла раствора его шкалы. /The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the magnetoelectric measuring mechanism while maintaining small dimensions and significant (the solution angle of its scale. /

На фиг. 1 изображена схема магнитоэлектрического измерительного механизма без верхнего основани , вид сверху на фиг. 2 - тс же разрез на фиг. 3 - электрите ьа  схема подключени  измерительной обмотки к источнику измер емого сигнала с схематичным раскрытием конст- рукции феррида| на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1 (в месте установки на рамке ферромагнитного элемента).FIG. 1 shows a diagram of a magnetoelectric measuring mechanism without an upper base, top view in FIG. 2 shows the section in FIG. 3 - electric connection of the measuring winding to the source of the measured signal with a schematic disclosure of the structure of ferrid | in fig. 4 shows section A-A in FIG. 1 (at the place of installation on the frame of the ferromagnetic element).

Магнитоэлектрический измерительный механизм содержит магнитную систему, состо щую из цилиндрического полого магнитопровода 1, соединенного нижним 2 и верхним 3 плоскими основани ми. Внутри магнитной системы к плоскости нижнего основа- ни  2 прикреплен посто нный магнит, выполненный составным из двух плоских полудисков 4 и 5 одинакового диаметра, намагниченных вдоль оси в противоположных направлени х, прижатых друг к другу торцовыми диаметральными сторонами и прикрепленных к основанию 2 в одной плоскости.The magnetoelectric measuring mechanism contains a magnetic system consisting of a cylindrical hollow magnetic circuit 1 connected by lower 2 and upper 3 flat bases. Inside the magnetic system, a permanent magnet is attached to the plane of the lower base 2, made of a composite of two flat half-disks 4 and 5 of the same diameter, magnetized along the axis in opposite directions, pressed to each other by the diametrical front sides and attached to the base 2 in the same plane .

Внутри магнитопровода 1 в рабочем зазоре, образованном посто нным магнитом и верхним основанием 3, размещена рамка 6 с измерительной обмоткой 7, намотанной на немагнитный каркас 8. Рамка 6 выполнена в форме полукруга и закреплена кон- сольно на оси 9,расположенной в осевом отверстии посто нного магнита перпендикул рно плоским основани м 2 и 3 и соосно с посто нным магнитом. Ось 9 установлена в керновых опорах 10 и соединена с моментными спиральными пружинами 11, закрепленными на обойме 12, и стрелочным указателем 13. При этом рамка 6 установлена так, что при обесточенной измеритель ной обмотке 7 ее диаметральный участок проходит вдоль линии стыка полудисков 4 и 5, составл ющих посто нный магнит. На диаметральном участInside the magnetic core 1 in the working gap, formed by a permanent magnet and the upper base 3, is placed a frame 6 with a measuring winding 7 wound on a non-magnetic frame 8. The frame 6 is made in the shape of a semicircle and fixed console on the axis 9 located in the axial hole of a constant The magnet is perpendicular to the flat base 2 and 3 and coaxially with the permanent magnet. Axis 9 is installed in core supports 10 and connected to torque helical springs 11 fixed to holder 12 and an arrow pointer 13. At the same time, frame 6 is mounted so that when the measuring coil 7 is de-energized, its diametrical section runs along the junction line of half-disks 4 and 5 constituting a permanent magnet. On the diametrical section

0 0

5 0 50

5 five

5five

ке рамки 6 с одной из сторон от оси вращени  закреплен ферромагнитный элемент 14, выполненный, например , в виде скобы, обжимающей каркас 8 рамки 6. На посто нном магните на изол ционной подложке 15 под плоскостью рамки 6 в зоне движени  ферромагнитного элемента 14 (на таком же радиальном рассто нии от оси вращени  рамки) и напротив места расположени  ферромагнитного элемента 6 при обесточенной измерительной обмотке 7 установлены р дом вдоль линии стыка полудисков 4 и 5 магнита два двухпозиционных магнитных элемента релейного типа (феррида) 16. ферриды 16 включены в электрическую цепь измерительной обмотки 7 так, что обеспечивают при одновременном Переключении смену пол рности подключени  измерительной обмотки 7 (фиг.З) к источнику 17 (Е) измер емого сигнала посто нной пол рности. При этом ферриды 16 настроены на режим переключени  в момент их расположени  в рабочем зазоре вдоль одной вертикальной оси с ферромагнитным элементом 14.A frame 6 on one side of the axis of rotation is fixed to a ferromagnetic element 14, made, for example, in the form of a clamp compressing the frame 8 of frame 6. On a permanent magnet on an insulating substrate 15 under the plane of the frame 6 in the zone of movement of the ferromagnetic element 14 (on the same radial distance from the axis of rotation of the frame) and opposite to the location of the ferromagnetic element 6 with the measuring coil 7 de-energized, two two-position magnetic elements of the relay type (ferride) 16 are placed along the junction line of the half-disks 4 and 5 of the magnet. The ferrides 16 are included in the electric circuit of the measuring winding 7 in such a way that, while simultaneously switching, the polarity of connecting the measuring winding 7 (FIG. 3) to the source 17 (E) of the measured signal of constant polarity is changed. In this case, the ferrides 16 are set to the switching mode at the moment of their location in the working gap along one vertical axis with the ferromagnetic element 14.

В данной конструкции использован переключающий феррид, в исходном положении контакт (подвижный) ферридов 16 с помощью пружины прижат в положение 1, при этом через измерительную обмотку 7 измерительного механизма (ИМ) протекает ток определенной пол рности . Теперь при импульсном намагничивании ферромагнетика магнитопровода феррида 16, либо подачей в специальную обмотку возбуждени  (не показано ) импульса электрического тока, либо созданием импульсного скачка магнитного потока подвижный контакт каждого из ферридов переходит в положение 2, преодолева  усилие пружины, причем после окончани  импульса контакты остаютс  в данном положении за счет остаточного магнитного потока ферромагнетика феррида. Дл  обратного переключени  контакта в положение 1 необходимо подать импульс противоположного направлени  и той же величины , чтобы разманитить магнитную систему, и тогда пружина оп ть прит нет подвижный контакт в положение 1. При переключении одновременно ферридов 16 из положени  1 в положение 2 пол рность подключени  измерительной обмотки ИМ к источникуIn this design, a switching ferrid is used, in the initial position the contact (movable) of ferrides 16 is pressed to the position 1 by means of a spring, and a current of a certain polarity flows through the measuring winding 7 of the measuring mechanism (MI). Now, when pulsed magnetizing a ferromagnet of ferrite 16 magnetic core, either by applying a pulse of electric current to a special excitation winding (not shown), or by creating a pulsed jump of magnetic flux, the moving contact of each of the ferrides goes to position 2, overcoming the spring force, and this position due to the residual magnetic flux of the ferromagnet ferride. To reverse the contact to position 1, it is necessary to apply a pulse of the opposite direction and the same magnitude to expand the magnetic system, and then the spring again brings the moving contact to position 1. When the ferrides 16 are switched simultaneously from position 1 to position 2, the polarity of the measuring connection winding of IM to the source

5five

17 измер емого сигнала измен етс , т.е. мен етс  направление протекающего через измерительную обмотку 7 посто нного тока.17, the measured signal is changed, i.e. the direction of the DC current flowing through the measuring winding 7 changes.

Магнитоэлектрический измерительный механизм работает следующим образом .Magnetoelectric measuring mechanism operates as follows.

Пусть в нулевом положении (фиг.1 т.е. при обесточенной измерительной обмотке 7, рамка 6 установлена так, что ее диаметральна  сторона несколько повернута по часовой стрелке относительно линии стыка полудисков 4 и 5 посто нного магнита. Дл  начала движени  рамки 6 необходимо лишь минимальное, выстанавливаемое при регулировке смещение, так, что можно считать, что рамка 6 ориентирована в исходном положении вдоль линии стыка полудисков 4 и 5 (такое смещение конструкцией механизма не предусматриваетс , а лишь выстанав- ливаетс  при подготовке прибора к работе с помощью корректора). Полудиски 4 и 5 намагничены вдоль вертикальной оси так, что (фиг.1) у левого полудиска 5 вверху - южный полюс , а у правого полудиска 4 - северный полюс. Контакты ферридов 16 в исходном положении замкнуты в положение 1 (фиг.З), и при этом ток i протекает по измерительной обмотке 7 в направлении, показанном на фиг. стрелками (пр мыми вдоль диагональной стороны рамки 6). При этом, согласно закону электромагнитной индукции , на половину диаметральной сто- роны рамки 6, наход щейс  над северным полюсом, будут действовать силы создающие направленный по часовой стрелке вращающий момент (криволинена  стрелка на фиг.1) На половину диаметральной стороны рамки над южным полюсом действует момент, напраленный в ту же сторону. Таким образ здесь в отличие от известных унипол рных приборов работают обе радиалные стороны рамки 6, что увеличивае чувствительность примерно в два раза Такое действие момента будет до тех пор, пока рамка 6 не повернетс  на угол 180. Ферромагнетики магнито- провода внутри колбы ферридов 16 намагничиваютс  в магнитном поле посто нного магнита, так как ферриды 16 расположены в рабочем зазоре магнитной системы непосредственно под рамкой 6. В общем случае ферриды 16Let it be in the zero position (Fig. 1, i.e., when the measuring winding 7 is de-energized, frame 6 is set so that its diametrical side is slightly rotated clockwise relative to the junction line of half disks 4 and 5 of the permanent magnet. To start the movement of frame 6, only the minimum offset that is set when adjusting, so that we can assume that the frame 6 is oriented in the initial position along the junction line of the half-disks 4 and 5 (such a shift is not foreseen by the design of the mechanism, but only lasts boron to work with a corrector.) Half-disks 4 and 5 are magnetized along the vertical axis so that (figure 1) at the left half of disk 5 is the south pole at the top, and at the right half of disk 4 the north pole is closed in the initial position position 1 (fig. 3), and at the same time current i flows along the measuring winding 7 in the direction shown by arrows in Fig. (straight along the diagonal side of frame 6). At the same time, according to the law of electromagnetic induction, half the diameter frames 6 above the north pole will be s force generating clockwise torque (curvilinear arrow in Figure 1) at half the diametric side of the frame above the south pole of the operating point in the same direction until the side. Thus, here, unlike the known unipolar devices, both radial sides of frame 6 work, which increases the sensitivity approximately twice. Such an action of the moment will be until frame 6 rotates at an angle of 180. The ferromagnet of the magnetic conductor inside the flask of ferrides 16 is magnetized in a magnetic field of a permanent magnet, since ferrides 16 are located in the working gap of the magnetic system directly under frame 6. In general, ferrides 16

отрегулированы так, что намагниченности их ферромагнетика недостаточно дл  прит гивани  контакта за счет преодолени  усили  пружины, т.е. переключени  в положение 2. Кроме того , ферриды 16 установлены вдоль ли0adjusted so that the magnetization of their ferromagnet is not enough to attract the contact by overcoming the spring force, i.e. switch to position 2. In addition, ferrides 16 are set along whether

5five

00

00

нии стыка полудисков 4 и 5, т.е. на границе раздела магнитных полей посто нного магнита разных (противоположных ) направлений, что практически не приводит к ориентированному намагничиванию ферромагнетиков ферридов 16. При повороте рамки 6 на 180° непо- 5 средственно над ферридами 16 находитс  установленный на рамке 6 ферромагнитный элемент 14, который намагнитилс  от посто нного магнита, причем намагнитилс  в определенном направле- 0 нии, так как при повороте рамки 6 в пределах 180° ферромагнитный элемент 14 находилс  над северным полюсом посто нного магнита (полудиск 4). Ферриды 16 отрегулированы так, что 5 при намагничивании их ферромагнетиков от ферромагнитного элемента 14 они срабатывают и переключаютс  в положение 2, при этом направление тока в рамке 6 за счет смены пол рности подключени  источника измер емого сигнала мен етс  и вращающий момент оп ть действует на рамку 6 по часовой стрелке до ее поворота на 360° (упор, ограничивающий поворот рамки не показан). Данна  конструкци  в случае необходимости без изменени  принципа действи  может быть использована дл  создани  многооборотного измерительного механизма (необходимо только предусмотреть вопрос создани  противодействующего момента и отсчета числа оборотов). При обратном движении рамки 6 при уменьшении измер емого сигнала ферромаг- 5 нитный элемент 14 подходит к ферри- дам 16 уже со стороны южного полюса магнита. В этом случае ферромагнитный элемент 14 намагничен на такую же величину, но в противоположном направ- 0 лении. Поэтому он размагничивает ферромагнетик ферридов 16, в результате чего контакты ферридов 16 оп ть Отпускаютс  в положение М и восстанавливаетс  исходна  пол рность подключени . Даже в случае неточной подборки параметров электромагнитных элементов (ферридов 16, ферромагнитного элемента 14) и т.д., возможна настройка ферридов на режим сраба5the interface of the half disk 4 and 5, i.e. At the interface of magnetic fields of a permanent magnet of different (opposite) directions, which practically does not lead to oriented magnetization of ferromagnets of ferrides 16. When the frame 6 is rotated by 180 °, directly above the ferrides 16 there is a ferromagnetic element 14, which magnetizes from a permanent magnet, and magnetized in a certain direction 0, since when the frame 6 was rotated within 180 °, the ferromagnetic element 14 was above the north pole of the permanent magnet (half-disk 4). The ferrides 16 are adjusted so that 5 when magnetized their ferromagnets from ferromagnetic element 14, they operate and switch to position 2, the current direction in frame 6 changing the polarity of the measured signal source and the torque again acts on the frame 6 clockwise until it rotates 360 ° (the stop bounding the frame is not shown). This structure, if necessary, without changing the principle of action, can be used to create a multi-turn measuring mechanism (it is only necessary to consider the question of creating a counter moment and counting the number of revolutions). With the reverse movement of the frame 6, when the measured signal decreases, the ferromagnetic element 14 approaches the ferrides 16 already from the south pole of the magnet. In this case, the ferromagnetic element 14 is magnetized by the same magnitude, but in the opposite direction. Therefore, it demagnetizes the ferromagnet of the ferrides 16, as a result of which the contacts of the ferrides 16 are again released to the M position and the initial polarity of the connection is restored. Even in the case of an inaccurate selection of parameters of electromagnetic elements (ferrides 16, ferromagnetic element 14), etc., it is possible to adjust the ferrides to the slave mode5

тывани  в момент нахождени  с ними на одной вертикальной оси ферромагнитного элемента 14. Следует иметь ввиду, что импульсное воздействие магнитного пол  на ферриды 16 вызвано не только намагниченностью от посто нного магнита ферромагнитного элемента 14 (хот  этот эффект конечно  вл етс  преобладающим), но и резким уменьшением магнитного сопротивлени  рабочего зазора & месте нахождени  ферромагнитного элемента 14, т.е. усилением магнитного пол  посто нного магнита, действующего на ферриды 16 в момент прохождени  ферромагнитного элемента 14. Однако, во избежание усложнений при регулировке лучше оптимально подобрать параметры электромагнитных элементов, обеспечивающих точное срабатывание именно в заданный момент. Данный измерительный механизм достаточно прос -по конструкции, отличаетс  высокой технологичностью, имеет комнатную форму в виде плоского диска диаметром не более 50 мм и толщиной пор дка 25 мм. Форма измерительного механизма очень .удобно вписываетс  в размеры шкалы, диаметр которой практи- чески равен диаметру измерительного механизма. Предлагаемый измерительный механизм отличаетс  повышенной чувствительностью к измер емому сигналу и значительным углом раствора шкалы, превосход  по данным показател м большинство известных измерительных механизмов. Вследствие этого предлагаемый измерительthe moment when the ferromagnetic element 14 is located on the same vertical axis with them. It should be borne in mind that the pulsed magnetic field on ferrides 16 is caused not only by the magnetization of the ferromagnetic element 14 from the permanent magnet (although this effect is of course predominant), but also by a sharp decreasing the magnetic resistance of the working gap & the location of the ferromagnetic element 14, i.e. strengthening the magnetic field of a permanent magnet acting on ferrides 16 at the time of passage of the ferromagnetic element 14. However, in order to avoid complications in the adjustment, it is better to optimally select the parameters of electromagnetic elements that ensure exact operation at a given moment. This measuring mechanism is rather simple in design, it is distinguished by high technological effectiveness, it has a room shape in the form of a flat disk with a diameter of not more than 50 mm and a thickness of about 25 mm. The shape of the measuring mechanism fits very comfortably into the dimensions of the scale, the diameter of which is practically equal to the diameter of the measuring mechanism. The proposed measuring mechanism is characterized by an increased sensitivity to the measured signal and a significant angle of the scale solution, which is superior to most known measuring mechanisms. As a consequence, the proposed meter

Q 5 о Q 5 o

5five

ный механизм может быть использован в малогабаритных щитовых электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы с высокой точностью и чувствительностью.The mechanism can be used in small-size electrical panel meters of the magnetoelectric system with high accuracy and sensitivity.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Магнитоэлектрический измерительный механизм, содержащий магнитопро- вод в виде полого цилиндра с плоскими основани ми, перпендикул рно которым в центре магнитопровода размещена ось, соединенна  с указателем, на которой закреплен посто нный магнит в виде диска, расположенный на нижнем основании магнитопровода, рамку с измерительной обмоткой, закрепленную на оси между верхним основанием магнитопровода и посто нным магнитом, парар ллельно им, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности, он снабжен ферромагнитным элементом и двум  двухпозиционными переключающими магнитными элементами релейного типа , посто нный магнит выполнен из двух идентичных полудисков, намагниченных вдоль оси в противоположных направлени х, рамка выполнена в форме полукруга, на одном из радиусов которого закреплен ферромагнитный элемент, при этом двухпозиционные переключающие магнитные элементы релейного типа закреплены на посто нном магните вдоль линии стыка его полудисков, на одинаковом с ферромагнитным элементом радиальном рассто нии от оси.A magnetoelectric measuring mechanism containing a magnetic conductor in the form of a hollow cylinder with flat bases, perpendicular to which an axis is placed in the center of the magnetic core, connected to a pointer on which a permanent magnet in the form of a disk, located on the lower base of the magnetic core, is attached to the measuring winding fixed on the axis between the upper base of the magnetic circuit and the permanent magnet, paral lely them, characterized in that, in order to increase the sensitivity, it is equipped with a ferromagnetic element At the same time and two two-position switching magnetic elements of the relay type, the permanent magnet is made of two identical half-disks magnetized along the axis in opposite directions, the frame is made in the shape of a semicircle, on one of whose radii the ferromagnetic element is fixed, and the two-position switching magnetic elements of the relay type mounted on a permanent magnet along the line of the junction of its half-disks, on the same radial distance from the axis with the ferromagnetic element. :i:K: i: K Фие.4FI.4