Магнитоупругий эффект

2.2 Измерение крутящего момента

Серийно изготовляемые преобразователи, основанные на использовании явления магнитоупругости, рассчитаны на номинальные значения от 50 до 1000 Н-м.

В магнитоупругих преобразователях (датчиках) крутящего момента вокруг неподвижного или вращающегося стального вала расположены три кольцевых полюса магнитных систем, снабженных обмотками. Обмотка среднего полюс

ного кольца возбуждается переменным током и создает на поверхности вала переменное магнитное поле, которое при ненагруженном вале располагается полностью симметрично между обоими полюсами N и S, как это показано на рисунке 2.7, а. Нулевая эквипотенциальная линия этого поля расположена соосно со вторичными обмотками А и В, которые сдвинуты на половину расстояния между полюсами и соединены между собой встречно. Поэтому разностное напряжение равно нулю. Если теперь подвергнуть вал воздействию крутящего момента то это вызовет изменение магнитной проницаемости, что в свою очередь сопровождается пропорциональным величине и направлению этого момента отклонением нулевой эквипотенциальной линии вправо или влево (рисунок 2.7, б).

Рисунок 2.7- Использование эффекта магнитоупругости для измерения крутящего мо­мента: а — картина енловых линий поля при ненагруженном вале; б — то же, при скрученном вале; Н—S — полюса катушки возбуждения; А, В — вторичные катушки; 0 — кулевая

Под действием разности магнитных потенциалов во вторичных обмотках возбуждаются разные по величине напряжения, обусловливающие соответствующее показание.

Некоторые характерные особенности

1. Максимальная рабочая частота вращения составляет в зависимости от типа 10 ООО об/мин или при специальном исполнении 15 000 об/мин.

2. Бесконтактный съем измерительного сигнала обеспечивает возможность эксплуатации практически без обслуживания.

3. Во избежание изгибающих моментов рекомендуется применять упругие, но прочные на скручивание соединительные муфты.

4. Пригодны для измерения статических и динамических величин до 250 Гц.

5. Класс точности 2 %; при индивидуальной градуировке 1,2%.

Основная сложность конструирования МД крутящего момента связана с тем, что вал - чувствительный элемент, передающий измеряемый крутящий момент, как правило, вращается.

В настоящее время известны три конструктивные разновидности МД с вращающимся валом - чувствительным элементом.

- с неподвижными катушками;

- с вращающимися катушками;

- с неподвижной измерительной и вращающейся катушкой возбуждения.

Основное достоинство конструкции МД с неподвижными катушками заключается в том, что отпадает необходимость в токосъемных устройствах (контактных кольцах, вращающихся трансформаторах и т. п.).

2.3 Измерение давления

Магнитоупругие манометры, основанные на взаимозависимости кристаллических свойств и намагничиваемости ферромагнетиков, выпускаются серийно. Испытание датчика, изготовленного в виде цилиндра из сплава Al—Fe, выявило наличие стабильной, но нелинейной характеристики и ее гистерезиса.

В системах измерения давления жидкости промышленное применение получили МД прямого н косвенного нагружения.

В МД прямого нагружения измеряемая среда воздействует непосредственно на чувствительный элемент, который в этом случае находится в условиях объемного напряженного состояния. Достоинством этих МД является простота конструкции.

Основным элементом магнитоупругого датчика давления ДДМ1 (рисунок 2.8) является внутренний цилиндрический магнитопровод из стали 38ХМЮА. В этом магнитопроводе в двух симметричных наружных проточках размещены цилиндрические катушки цепи возбуждения и измерительной цепи.

Катушки намотаны па изоляционном каркасе 4 для того, чтобы от усилий натяжения провода при намотке не возникали механические напряжения во внутреннем магнитопроводе.

Чувствительная часть магнитопровода 3 представляет собой цилиндрический тонкостенный сосуд с внутренним диаметром 20 мм, гидравлически связанный через масляный разделитель и штуцер / с измеряемой средой, а аналогичная компенсационная часть магнитопровода 5 связана с атмосферной средой.

Под воздействием измеряемого давления с в стенках чувствительной части магнитопровода 3 возникают напряжения и соответственно изменяются магнитные характеристики.

Рисунок 2.8 - Магнитоупругий датчик давления ДДМ1

Катушки совместно с чувствительной 3 и компенсационной 5 частями внутреннего магнитопровода и наружным магнитопроводом 6 образуют электромагнитный преобразователь дифференциально-трансформаторного типа, который преобразует изменение магнитных характеристик в электрическое напряжение.

В реальных условиях обеспечить полную симметрию чувствительной и компенсационной секций датчика очень трудно. Поэтому для регулировки начального выходного напряжения датчика предусмотрена возможность перемещения наружного магнитопровода 6 вдоль оси с помощью гаек 2 и 7, в результате чего магнитные сопротивления воздушных зазоров между внутренним и наружным магпи-топроводами изменяются в чувствительной и компенсационной секциях на различную величину.

Статическая характеристика магнитоупругого преобразования датчика ДДМ1 имеет явно нелинейный характер. Это связано с особенностями магнитоупругого преобразования при объемном напряженном состоянии ферромагнитного тела.

Поскольку главные механические напряжения и имеют одинаковые знаки, то относительное изменение магнитной проницаемости, а следовательно, и выходной сигнал датчика является функцией разности этих напряжений.

Датчики ДДМ1 с различными верхними пределами преобразо вания отличаются друг от друга толщиной стенки, которая выбирается из расчета σι—σ2= (6-7) · 107 н/м2. При этом получается шкала, растянутая в рабочем диапазоне изменения давления (от 20 до 80% шкалы). Датчики рассчитаны на верхние пределы преобразования 9,8-106, 15,7-106 и 24,5-106 н/мг. При индивидуальной градуировке максимальное отклонение от градуировочной кривой не превышает ±2% (с учетом гистерезиса). Температурная погрешность в диапазоне температур окружающего воздуха от —30 до +50°С не превышает 1% на 10°С.

Датчики ДДМ1 применены в комплекте с компенсационными вторичными приборами на переменном токе для контроля давления промывочной жидкости при бурении скважин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вопрос о максимальной точности, которая может быть достигнута при измерении усилий с помощью магнитоупругих датчиков, по существу, является вопросом о перспективности дальнейшего развития работ по широкому применению силоизмерителей этого вида. Техническая и экономическая целесообразность применения магнитоупругих датчиков в различных отраслях промышленности в случаях, когда допустимы погрешности, превышающие 2-3%, в настоящее время ни у кого не вызывает сомнений. С помощью магнитоупругих датчиков оказываются выполнимыми самые различные задачи измерения усилий, причем обеспечиваются они при высокой надежности, компактности и конструктивности устройств. По работоспособности, долговечности, устойчивости в работе устройства этого класса не имеют себе равных.

 Скачать реферат