Курсовая работа: Магнитоупругий эффект

Рисунок 2.4 - Магнитоупругий датчик сжимающих усилий дроссельного типа

Чувствительный элемент 1 с обмотками 2, залитый компаундом, устанавливается внутри стального корпуса 3. На торцевую поверхность чувствительного элемента ложится стальной сферический сегмент 4, который прижимается крышкой 5, навинчиваемой на корпус. Крышка имеет небольшие кольцевые гофры, которые обеспечивают ее подвижность в небольших пределах. Вследствие этого практически исключается по- явление погрешности при передаче усилия на чувствительный элемент. Верхняя вывинчивающаяся часть 6 крышки предназначена для регулировки высоты МД.

Режим намагничивания датчиков ДМУ выбирается в зависимости от того, какие необходимо получить выходные параметры.

При его работе б схемах непрерывного контроля выбирается такой режим, при котором изменение полного электрического сопротивления МД максимально. Например, в датчике ДМУ-2 при оптимальной напряженности магнитного ноля в материале чувствительного элемента 58 а/м и максимальном механическом напряжении 16* 10⁷ н/м^г полное электрическое сопротивление МД изменяется в 7,5 раза. Максимальное же относительное изменение выходной мощности этого датчика, равное 274%, происходит при напряженности магнитного поля 500 а/м.

Датчики ДМУ имеют большое значение удельной (отнесенной к единице объема чувствительного элемента) мощности, полезно отдаваемой в нагрузку (до 12- 10⁴ ва/м³ ). Существенное значение для уменьшения гистерезиса характеристики преобразования датчиков этого типа имеет предварительная тренировка, в результате которой гистерезис уменьшается с 7—9% при первом цикле измерений до 1,5—1% —для двадцатого цикла.

Без применения специальных методов компенсации температурная погрешность составляет 1,2—1,6% на 10° С.

Датчики ДМУ применены в аппарате защиты скиповых подъемов (АЗСП), разработанном институтом автоматики (Киев) в содружестве с заводом «Красный металлист» (Конотоп) и Кузнецким научно-исследовательским институтом (КузНИУИ).

Аппарат АЗСП обеспечивает срабатывание реле при перегрузке или зависании скипа. Датчики в аппарате питаются током промышленной частоты. Максимально допустимое усилие на датчики ДМУ-1 и ДМУ-3 составляет соответственно 80 и 400 кн.

Аналогичные датчики применены в аппарате взвешивания дозирующих бункеров (АВДБ), в аппарате защиты двухсцепных конвейеров (АЗДК), а также в магнитоупругом путевом датчике ДМУП-1.

Схема аппарата АВДБ обеспичивает срабатывание реле при заранее настроенных значениях веса бункера, а также непрерывный контроль веса материала в бункере.

Примененный в схеме датчик имеет две независимые обмотки, каждая из которых соединена со своей частью схемы.

Аппарат АЗДК обеспечивает защиту двухсцепных конвейеров от аварии при обрыве тяговых цепей. Принцип действия аппарата построен на перераспределении усилий в опорах при обрыве одной из цепей и соответствующем перераспределении сигналов МД, установленных в этих опорах. При превышении разности усилий тяги цепей допустимого значения происходит срабатывание реле, которое подает сигнал об обрыве цепи и команду на отключение двигателя конвейера.

В путевом датчике ДМУП-1 применен чувствительный элемент датчика ДМУ-1. Датчик ДМУП-1 устанавливается под рельс и его схема обеспечивает срабатывание реле при любом заранее настроенном усилии в пределах от 2 до 49 кн.

Фирмой Siemens & Halske (ФРГ) разработаны МД дроссельного типа с цилиндрическим чувствительным элементом из сплошного материала — пермаллоя с 78,5% никеля.

Рисунок 2.5 - Магнитоупругий датчик дроссельного типа с цилиндрическим чувствительным элементом

В чувствительном элементе 1 (рисунок 2.5) имеются кольцевые пазы, концентричные относительно оси датчика, в которые уложены коаксиальные обмотки 2. Кольца 4 (из ферромагнетика) замыкают магнитный контур. Верхняя плита 5 с помощью напрессованного на нее кольца 3 прижата к чувствительному элементу. Обмотка 6 предназначена для компенсации влияния температуры на выходной параметр МД.

Фирмой разработан ряд датчиков с верхними пределами преобразования от 7 до 1 470 кн. Максимальное механическое напряжение в чувствительном элементе равно 10⁸ н/м² . Питание МД осуществляется током промышленной частоты.

Температурная погрешность преобразования этих МД не превышает 0,2% на 10° С, гистерезис достигает обычно 0,25%. Нестабильность характеристики при правильном приложении нагрузки составляет ±1%.

Датчики включаются в мостовую схему и предназначены для непрерывного визуального контроля усилия, а также для выдачи управляющего сигнала в систему автоматического управления производственным процессом.

Рисунок 2.6 - Магнитоупругий датчик сжимающих усилий трансформаторного типа

На рисунку 2.6 приведена конструкция МД сжимающих усилий трансформаторного типа, разработанного Гипронисэлектрошахт (Донецк). Чувствительный элемент 1 датчика выполнен в виде пакета пластин из электротехнической стали ЭЗЗО, стянутых болтами 5. Через четыре диагонально расположенных отверстия намотаны две независимые обмогки: возбуждения 3 по одной диагонали пакета и измерительная 4 — по другой. При сборке пакета пластины, штампованные вдоль проката, чередуют с пластинами, штампованными поперек проката. Это обеспечивает изотропность в магнитном отношении материала чувствительного элемента в направлениях, параллельном и перпендикулярном сжатию.

Усилие прикладывается к выступу чувствительного элемента, находящемуся над отверстиями. Эти отверстия вызывают концентрацию напряжений, поэтому для предупреждения пластических деформаций среднее значение механического напряжения в чувствительном элементе не должно превышать (5-7) 10⁷ н/м² , чему соответствует удельная выходная мощность датчиков этого типа порядка (3-4) 10³ ва/м³ .

Для обеспечения нелинейности преобразования, меньшей 1%, среднее значение напряжения необходимо снижать до 5 · 10⁶ н/м² , что приводит к значительному увеличению габаритных размеров МД и уменьшению выходной мощности.

Выходная мощность, а также нелинейность и гистерезис характеристики преобразования датчика резко зависят от соотношения между его выходным сопротивлением и параметрами нагрузки.

Перемещением балансировочного магнитопровода 2 можно не только уменьшить начальное выходное напряжение МД, но и получить различные варианты характеристик преобразования.

При выборе оптимального режима питания гистерезис характеристики преобразования МД после тренировки может быть уменьшен до 2%. Температурная погрешность не превышает 1% на 10°С.

Датчики этого типа применены в устройстве для весового дозирования материала, загружаемого в скип на шахтном подъеме, разработанном Гипронисэлектрошахт. Измерительная обмотка МД соединена со схемой, обеспечивающей срабатывание исполнительного реле при достижении бункером-дозатором заданного веса и возврат реле в исходное состояние после разгрузки бункера.