УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ

Устройство для измерения силы
Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована при измерении силы.
Известны устройства для измерения силы, содержащие промежуточный преобразователь, активный элемент в виде тензодатчиков, блок возбуждения, блок измерения и индикатор (1). Недостатком известных устройств является низкая чувствительность тензодатчиков, необходимость использования проводной связи между тензодатчиками и блоком возбуждения и измерения (что значительно снижает надежность и взрывобезопасность устройств при работе во взрывоопасной среде).
Известно устройство для измерения силы, содержащее промежуточный преобразователь, активный элемент, измерительный зонд (датчик), блок возбуждения, блок измерения и индикатор, при этом в качестве активного элемента используется магнитоупругий материал (2). В известном устройстве первичный сигнал снимается с помощью специальных катушек, намотанных на сердечник нз магнитоупругого материала. Недостатком известного устройства является необходимость использования проводной связи между активным элементом и блоком возбуждения и измерения, что приводит к снижению надежности и безопасности устройства при работе во взрывоопасных средах, особенно в условиях постоянного движения измеряемого объекта.
Полезная модель направлена на повышение надежности и безопасности при работе во взрывоопасной среде.
Это достигается тем, что в устройстве, содержащем промежуточный преобразователь, активный элемент, измерительный зонд, блок возбуждения, блок измерения и индикатор, активный элемент выполнен в виде кольца из магнитоупругого материала, а измерительный зонд выполнен в виде перпендикулярных друг другу и оси зонда двух магнитопроводов с катушками возбуждения и измерения, причем во время измерения измерительный зонд устанавливается внутри кольца.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, на фиг. 2 показано возможное положение измерительного зонда во время проведения измерения, на фиг. 3 показан вариант использования предлагаемого устройства.
На фигуре 1. изображено предлагаемое устройство.
Устройство для измерения силы содержит промежуточный преобразователь 1, воспринимающий силу Р и сопряженный с активным элементом 2 - кольцом из магнитоупругого материала , в котором установлен измерительный зонд 3, состоящий из двух магнитопроводов 4 и 5 с намотанными на них катущкой возбуждения 6 и катущкой измерения 7, причем катущка возбуждения 6 подключена к блоку возбуждения 8, а катущка измерения 7 подключена к последовательно соединенным блоку измерения 9 и индикатору 10.
Устройство работает следующим образом. На время измерения измерительный зонд 3 вставляется в активный элемент 2 - кольцо из магнитоупругого материала. Блок возбуждения 8 вырабатывает ток возбуждения, протекающий по катушке возбуждения 6 измерительного зонда 3 и создающий электромагнитное поле, перемагничивающее внутреннюю поверхность активного элемента. В результате действия внещней силы Р происходит деформация активного элемента 2, вследствие чего изменяются магнитные характеристики
материала кольца на участках А,Б,В,Г, что приводит к появлению в магнитопроводе 5 магнитного поля, в результате чего в измерительной катушке 7 появляется сигнал, прямо пропорциональный по амплитуде и фазе соответственно величине и направлению внешней силы Р. Далее сигнал с измерительной обмотки 7 измерительного зонда 3 поступает на блок измерения 9 и далее на индикатор 10. Предлагаемое устройство имеет отстройку от влияния зазора между внутренней поверхностью активного элемента 2 и торцами магнитопроводов 4 и 5. Указанная отстройка заключается в следующем . В результате неточности установки зонда 3 внутри активного элемента 2 возможно изменение воздушного зазора (до 20 мкм - разницы в диаметрах). Но поскольку увеличение (уменьшение) зазора с одной стороны К, Л вызывает соответствующее уменьшение (увеличение) с диаметрально противоположной стороны М,Н, то суммарный зазор и соответственно его магнитное сопротивление остаются практически неизменными. Стабильность магнитного сопротивления приводит к стабильности электромагнитного поля возбуждения (ток возбуждения поддерживается стабильным блоком возбуждения) и соответственно к отстройке от зазора. В указанном устройстве отсутствуют какиелибо проводные связи между активным элементом 2 и измерительным зондом 3. Взаимодействие между ними происходит с помощью электромагнитного поля. Указанный фактор приводит к повышенной надежности и взрывобезопасности устройства при работе во взрывоопасных средах . Поскольку устройство имеет отстройку от зазора между активным элементом 2 и измерительным зондом 3, то точность измерения сохраняется на уровне прототипа.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации позволил установить, что заявитель не обнаружил источник , характеризующийся признаками.
у,
тождественными всем существенным признакам заявленного полезной модели. Определение выявленных аналогов прототипа позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию новизна.
Указанное устройство было использовано в переносной системе динамометрирования станков-нефтекачалок при измерении силы (усилия), возникающей при поступательно-возвратном движении колонны насосных штанг. Станки - нефтекачалки были оснащены промежуточными элементами 1 (с встроенными активными элементами 2), установленными между траверсами 3 (фиг.З). Погрешность измерения усилия составила менее 1,6 % в интервале рабочих температур от - 40°С до + 45°С. В ходе испытания отмечена повышенная надежность устройства в части устойчивости к зазору, следам грязи, следов масла и нефтепродуктов. Предлагаемое устройство может быть использовано в различных ответственных конструкциях (мостах, кранах, шахных крепях и др.) для оперативного определения уровней нагрузок и напряжений. Учитывая низкую стоимость активного преобразователя , стоимость оборудования для измерения усилия оказывается низкой. Заявитель намерен оснастить все свои промыслы предлагаемыми устройствами (около 2000 скважин) из расчета 300 активных преобразователей на 1 комплект электронных блоков.
1.Аш Ж. с соавторами. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах.Кн.2., М.,Мир, 1992, С.41-54.
2.Твердин Л.М. и др. Автоматические устройства с магнитоупругими преобразователями. М.,Энергия, 1974, с.6-7. АВТОРЫ: -/-if  А.Г. Цыпуштанов К.Е. Елисеев А.А.Истомин Д.И. Фозекош