SU684343A2 - Transducer of mechanical effort into electric signal - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ(54) TRANSFORMER OF MECHANICAL FORCES TO ELECTRIC SIGNAL

tt

Изофетение относитс  к преобразова ,теп м механических усилий в эпектрический сигнал и может найти применение во многих област х, в частности дл  измерени  осевой нагрузки на цолото непосред- ственно в процессе бурени .Isophilication refers to the conversion of mechanical stress into an electric signal and can be applied in many areas, in particular, to measure the axial load on the gold directly during the drilling process.

Известен преобразователь механических усилий в электрический сигнал по авт. св. № 6О6117, содержащий воабуждаюшую систему на посто нных магнитах, силопередаюший элемент, измеритель индукции магнитного пол  и магнитоупругий чувствительный злеменТ) выполненный в виде четного числа стержней, расположенных симметрично относительно иак«ерит&л  индукгган магнитного пол  н мвха вчес- ки соединенных с чередующимис  разноименными полюсами посто нных магнитов возбуждающей системы til.Known transducer mechanical forces into an electrical signal on the author. St. No. 6О6117, containing a permanent magnet vouging system, a force-transmitting element, a magnetic field induction meter, and a magnetoelastic sensitive element (T) made in the form of an even number of rods symmetrically located with respect to the “Yerit & poles of permanent magnets of the exciting system til.

Этот преобразователь обладает целым р дом aocToiracTB в случае применени , например, дл  определени  динамических нагрузок в колонне бурильных труб или в качестве датчика осевой нагрузки на до-This converter has a number of aocToiracTB in the case of use, for example, to determine the dynamic loads in the drill string or as an axial load cell sensor

ffoTo бурового инструмента, но имеет существенный недостаток, а именно в случае проходки наклонно-«аправленных скважин становитс  существенным вли ние изгибающих нагрузок.The ffoTo of the drilling tool, but has a significant drawback, namely, in the case of inclined-directional wells, the influence of bending loads becomes significant.

Целью изобретени   вл етс  повышевве точности путем уменьщени  вли ни  изгибов .The aim of the invention is to improve the accuracy by reducing the influence of bends.

Это достигаетс  тем, что в предлагаемэм преобразователе стержни, расположенные симметрично относитега но измерител  магнитной индукции, выполнены нз материалов с противоположными знаками магнитострикции , а сил опере дающий элемент механически соединен с парами стержней разного знака магниФострикдии.This is achieved by the fact that, in the proposed converter, rods located symmetrically relative to a magnetic induction meter are made of materials with opposite signs of magnetostriction, and the force of the operating element is mechanically connected to pairs of rods of different signs of a magnetostrictor.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема описываемого преобразовател ; на фиг. 2 - магнитное поле в зоне расположени  измерител  индукции магнитного пол .FIG. 1 is a schematic diagram of the converter being described; in fig. 2 - magnetic field in the area of the magnetic field induction meter.

в каналах силопередающего элемента 1 преобразовател , изготовленного из немагнитного материала, расположены стерж36843 ни 2-5 магнитоупругого чувствительного элемента, причем стержни 2,3 изготовлены из материала, обладающего отрицательной магнитострикцией (например альфера). Стержни 2, 4  вл ютс  рабочими, а стерж- ни 3, 5 - компенсационными. Под всеми стержн ми расположены маг ниты 6-9 Возбуждающей системы, опирающиес  на аамыкатепь 10, изготовленный из феррокшгнитного материала. Магниты распопожетиы на замыкателе, череду сь разноименными полюсами, поэтому при огсутствии внешних нагрузок магнитные потоки О, Ъ., С, d (фиг. 2) равны, а их конфигураци  такова, что в центре магнитной системы по ее оси рез5тштирующий вектор индукции магнитного пол  равен нулю. Элемент, передающий внешнюю нагрузку на стержень 4, вьтолнен в виде И. Он создает в стержне предваритель- ное сжимающее напр жение. Элемент, пере дающий нагрузку на стержень 2, выполнен в виде гайки 12. Он создает в стержне предварительное раст гивающее усилие. Компенсационные стержни 3, 5 помещены в гильзы 13, 14 таким образом, что внеш ние нагрузки на них не действуют. Предваритепьаое напр жение в компенсационных стержн х создаетс  с помощью винта 15 и гайка 16. В центре преобразовател  по его оси расположен измеритель индукшга 17 магнитного пол , в частности, им может быть кэ ьцевой феррозондовый магнитотуютр . Он размещен в контейнере (на схеме не показан), в котором может быть также часть электронной схемы. Ось чув- ст&ите ьности магнитометра лежит в плескости , проход щей через рабочие стержни. Приншт работы преобразовател  заключаетс  в следующем. Во.Всех стержн х 2-5 с помощью винтов 11, 15 и гаек 12, 16 создают пред, верительные напр жени  в пределах середины линейных участков характеристик магнитострикште примен емых материалов, причем величины предварительных напр жений определ ют диапазон измер емой преобразователем нагрузки. Характер нагрузки предварительньгх напр жений зависит от знака магнитострикшга материала: дл  материалов с отрицательной магнитострикцией нагрузка должна быть раст гивающей, дл  материалов с положительной магнитострикцией - сжи- 55 мающей. Выходной сигнал магнитометра при отсутствии внешней нагрузки на преобразователь , в случае сбалансированных магнитных потоков, равен нулю. Балансировку магнитных потоков производ т теми же элементами II, 12, 15, 16, которыми создают предварительное напр жение. При нагружении преобразовател  сжимающими или раст гивающими нагрузками происходит нарушение баланса магнитных потоков за счет изменени  магнитной проницаемости рабочих стержней магнитоупругого чувствительного элемента. Характер изменений магнитных потоков а , Ъ, с , d показан на фиг. 2. В результате, в центре магнитной сие- темы магнитна  индукци  не равна нулю, в выходной обмотке магнитометра по вл етс  сигнал, пропорциональный приложенной нагрузке, фаза которого соответствует характеру приложенной нагрузки сжатие или раст жение. Метод компенсации внешнего магнитного пол  определ етс  услови ми работы устройства и может осуществл тьс , например , путем Выставлени  уровн  нулевого сигнала магнитометра предварительным нагруж«1ием магнитоупруггос стерж;Ней или установкой магнитных экранов. Можно не .проводить компенсацию, а просто учитывать величину внешнего магнитного пол  по показанию дополнительного магнитометра. Преобразователь обладает существенными достоинствами, позвол кшими использовать его дл  измерени  осевой нагрузки на долото в случае проходки наклон- но-напраВленных скважин, так как преоб- . разователь нечувствителен к изгибам. Это о  сн етс  тем, что рабочие стержни расположены попарно симметрично относительно измерител  магнитной индукции, и при воздействии на корпус изгибающих усилий в стержн х возникают дополнительные напр жени , противоположные по характеру, а так как стержни изготовлены из материала с разными знаками магнитЬстрикции, то изменение соотношени  величин магнитных потоков не происходит. Кроме того, применение дл  изготовлени  магнитоупрутих стержней материалов с разными знаками магнито- стрикции позволило получить характеристику преобразовател  более линейную по электрическому сигналу и уменьшить механический гистерезис Выбранна  ориентаци  намагничивани  рабочих и компенсационных стержней позвол ет корректировать температурную погрешность . Конструктивные изменени , не нарушающие сутдества предлагаемэго преобразовател , могут свестись к изменению конструкции сипопередаюшего элемента, к исключению замыкател , во последнее повлечет уменьшение чувствительности преобразовател . Технико-економический эффект при применении предлагаемого датчика заключаетс  а сэтедующем: возможно производство технологических измерений наклоннонаправленных скважинах; расширены Ьоз- можвости применени  преобразовател  путем исключени  вли ни  изгибов измер ютс  приложенные усили  обоих зважов; улучшена характеристика преобразовател .In the channels of the force-transmitting element 1 of a transducer made of a non-magnetic material, rod36843 or a 2-5 magnetoelastic sensing element is located, and the rods 2.3 are made of a material having negative magnetostriction (for example, an alfer). The rods 2, 4 are working, and the rods 3, 5 - compensatory. Under all the rods are located the magnets 6–9 of the excitation system, resting on the aamikatap 10, made of a ferromagnetic material. The magnets are located on the closer, alternating with opposite poles, therefore, when external loads are present, the magnetic fluxes O, b, C, d (Fig. 2) are equal, and their configuration is such that in the center of the magnetic system along its axis the magnetic field induction vector is magnetic equals zero. The element that transmits the external load on the rod 4 is fulfilled in the form of I. It creates in the rod a preliminary compressive stress. The element transferring the load on the rod 2 is made in the form of a nut 12. It creates a preliminary tensile force in the rod. The compensation rods 3, 5 are placed in sleeves 13, 14 in such a way that external loads do not act on them. The pre-voltage in the compensation rods is created with the screw 15 and the nut 16. In the center of the transducer along its axis there is a magnetic field inductor 17, which in particular can be cut-off flux-core magnetowheel. It is placed in a container (not shown in the diagram), which may also contain part of an electronic circuit. The sensory axis of the magnetometer lies in the grit, passing through the working rods. The print operation of the converter is as follows. All rods x 2-5 use screws 11, 15 and nuts 12, 16 to create pre credential stresses within the middle of the linear portions of the characteristics of the magnetostriction of the materials used, and the values of the prestress determine the range of the load measured by the transducer. The nature of the load of the preliminary stresses depends on the sign of the magnetostriction of the material: for materials with negative magnetostriction, the load must be tensile, for materials with positive magnetostriction it is compressive. The output signal of the magnetometer in the absence of an external load on the converter, in the case of balanced magnetic fluxes, is zero. The balancing of magnetic fluxes produced by the same elements II, 12, 15, 16, which create a preliminary voltage. When the transducer is loaded with compressive or tensile loads, the balance of magnetic fluxes is disturbed by changing the magnetic permeability of the working rods of the magnetoelastic sensitive element. The nature of changes in magnetic fluxes a, b, c, d is shown in FIG. 2. As a result, in the center of the magnetic field, magnetic induction is not zero, a signal appears in the output winding of the magnetometer, which is proportional to the applied load, the phase of which corresponds to the nature of the applied load, compression or tension. The method of compensating for an external magnetic field is determined by the operating conditions of the device and can be carried out, for example, by setting the zero level of the magnetometer signal to preloading the 1st magnetoelasticity rod, or by installing magnetic screens. It is possible not to carry out compensation, but simply to take into account the magnitude of the external magnetic field as indicated by the additional magnetometer. The converter has significant advantages, which allow it to be used to measure the axial load on the bit in the case of penetration of directional wells, since the bearer is not sensitive to bends. This is due to the fact that the working rods are arranged in pairs symmetrically with respect to a magnetic induction meter, and when a bending force is applied to the body, additional stresses of opposite character appear in the rods, and since the rods are made of a material with different signs of magnetic striction, the change The ratio of the magnitudes of the magnetic flux does not occur. In addition, the use of materials with different signs of magnetostriction for the manufacture of magnetoelastic rods made it possible to obtain a more linear characteristic of the converter by the electrical signal and reduce the mechanical hysteresis. The chosen orientation of the magnetization of workers and compensating rods makes it possible to correct the temperature error. Constructive changes that do not violate the sunshine of the proposed transducer may be reduced to a change in the design of the transceiver element, to the exclusion of the closure device, in the latter will result in a decrease in the sensitivity of the transducer. The techno-economic effect of applying the proposed sensor consists in setting: it is possible to make technological measurements of tilted wells; extended use of the transducer by eliminating the influence of bends, measured by the applied force of both sockets; improved converter performance.

передающий элемент механически соединен с парами стержней разного знака магнитострикпии .The transmitting element is mechanically connected with pairs of rods of different signs of magnetostriction.

Источники информации, прин тые ьо внимание при экспертизеSources of information taken into consideration in the examination

Claims (1)

I. Авторское свидетельство СССР № 606 It7, ют. 9 01 I. V12, 1975. Формула изобретени  Преобразователь механических усилий в электрический сигнал по авт. св. № 606117, отличающий :   тем, что, с целью повышени  точности путем у еньшенн  вли ни  изгибов, стержни , расположенные симметрично относительно измерител  магнипной инаукцви, выполнены вз материалов с противоположными знаками магнитострикшга, а сило-I. USSR Copyright Certificate No. 606 It7, ly. 9 01 I. V12, 1975. Invention Formula Mechanical force transducer to an electrical signal according to ed. St. No. 606117, distinguishing itself: in order to increase the accuracy by affecting the bends, rods symmetrically located with respect to the magnet inauktsvi meter are made of materials with opposite signs of magnetostriction, Ill17 Ч12Ill17 P12 V.V. W //y7//.W // y7 //. ЮYU л/l / У////////Л//////// Л