Бөлiм. Магниттi анизотропты датчиктi құрастыру

Заттың магниттiк қасиеттерi сыртқы механикалық кернеу әсерiнен барлық бағытта түрлi қарқынмен және түрлi таңбамен сыртқы магнит өрiсiнiң шамасына байланысты өзгерiске ұшырайды, яғни заттың магниттi анизотропиясы өзгередi. Магниттi анизотропты датчиктiң жұмыс iстеу принципi осыған негiзделген. Датчиктер келесi түрде орналасады. Тұйықталған магниттi өткiзгiште бiр-бiрiне перпендикуляр екi орам орналасқан. Осы мақсатқа байланысты орамға арналған магниттi өткiзгiште шаршының немесе төртбұрыштың бұрыштарында симметриялы түрде төрт қуыс жасалады (3.1 сурет).

 

3.1 Сурет – Шихтовандi магнит өткiзгiшiнiң құрылысы

Әр орам диагонал бойынша қарама-қарсы қуысқа орналастырылады. Өлшенетiн күш әр орам жазықтығына 45⁰ бұрышпен түсiрiледi. Магниттеушi w₁ орамы айналмалы тоқ көзiне жалғанған, екiншi w₂ орамға өлшеуiш құрал жалғанған.

Магниттелген орам арқылы айнымалы тоқ жүрiп өткен кезде магниттi ағым пайда болады. Егер датчиктiң магнит өткiзгiшi магниттi анизотропты заттан жасалған және орамға арналған қуыстар симметриялы болса, күштiң әсерi жоқ кезде ағымның магниттi сызықтары тұйықтала келе өлшегiш ораммен қиылыспайды, яғни онда ЭҚК туғызбайды. Магнит өткiзгiшке түскен күш ондың магниттiк қасиеттерiнiң өзгерiсiн туғызады. Соның салдарынан магнит ағымының тарау сипаттамасы өзгередi және магнит сызықтарының бiразы өлшем орамын қиып өтiп, онда ЭҚК туғызады (3.2 сурет).

3.2 сурет – Магнит өткiзгiш iшіндегi магнит ағынының орналасуы

 

Магниттi анизотропты датчиктiң ерекшелiгi датчиктiң сезiмтал элементi – магнит өткiзгiш – өлшенетiн күштi тiкелей өзi қабылдайды. Бұл жағдай бұл датчиктердiң басқа сезiмтал элементi өлшенушi байланыс пен өңдеушi арасындағы өтпелi байланыс болып табылатын датчиктерден басым айырмашылығын көрсетедi.

Датчиктiң ферромагниттi магнит өткiзгiшi негiзгi өлшегiш түйiн бола тұра өлшеу кезiнде түрлi деформацияға ұшырауы мүмкiн. Әсердi анықтауда магниттi анизотропты датчиктiң бұл артықшылығы уақытқа қатысты барынша сенiмдi және тұрақты өлшем қорытындыларын алуға мүмкiндiк туғызады.

Қазiргi кезде тәжiрибе жүзiнде әсердi өлшеудiң келесi магниттi анизотропты датчиктер қолданылуда: жиырылмалы магнит өткiзгiштi датчиктер, созылмалы магнит өткiзгiштi датчиктер, бiртұтас магнит өткiзгiштi датчиктер.

Жиырылмалы магнит өткiзгiштi датчиктер металлургия өндiрiсiнде әсердi өлшеуде қолданылады: металдың прокат станы бiлiктерiне түсiрген қысымын, жолақ керiлiсiн, шихта мен металдың салмағын өлшеу және т.б. және ол 1-ден 1000 тоннаға есептелген.

Аз әсерлердi өлшеуде созылмалы магнит өткiзгiштi датчиктер барынша тұрақты түрде қолданылуда. Олардың негiзгi артықшылығы – олардың қимасы аз және ұзындығы ұзын магнит өткiзгiштерде қолданылу тұрақтылығы. Мұндай датчиктердiң магнит өткiзгiштерiн бiр пластинадан ғана жасауға болады, бұл жиырылмалы магнит өткiзгiштi датчиктер үшiн орындалмайтын жағдай.

Екi түрлi магнит өткiзгiштер болады: шихталған, яғни пластиналардан жиналған және бiртұтас. Шихтовандалған магнит өткiзгiштердiң бiрнеше кемшiлiктерi бар. Алдымен бұл механикалық төзiмдiлiгiнiң аздығы, шихтовандалған датчиктерде серпiмдi иiлу мен пластиналар арасындағы үйкелiстен болатын бiршама гистерезистiң болуы.

Шихтовандалған жүрекшелерiн жасау технологиясы қиындығы мен көп еңбек сиымдылығын қажет етедi. Пластиналарда алдын ала штампалар жасалады немесе тесiктер тесiледi, соңынан оларға өлшегiш және магниттелген орамдар қондырылады. Пластиналар бiр-бiрiне тығыз желiмделедi және болт арқылы тартылады. Пластиналарда плитаның көмегi арқылы өлшенушi күш түсiрiлетiн тiрек болады.

Пакет бетi, астыңғы және үстiңгi бетi қырнап өңделедi. Пакеттiң мыжылмауын болдырмау үшiн пластиналардың қосылысы мықты, барынша бiртұтас болуы қажеттi. Өлшенетiн күш үстiңгi плитаның аздаған жерiне түседi, сол үшiн иiлудiң күштiң магнит өткiзгiшiне бiркелкi түсуi үшiн плита барынша қалың болуы қажеттi [6].

Датчиктердiң өлшемi мен салмағын азайту, сенiмдiлiгiн арттыру және магнит өткiзгiшiнiң мыжылуын болдырмау, гистерезистi азайту және эксплуатация жағдайын (ұру күштерiнiң болуы, ластану, температура өзгерiсi) ескере отырып, магнит өткiзгiшiнiң құрылысын таңдауда бiртұтас магнит өткiзгiшi артықшылыққа ие болды.

Бiртұтас магнит өткiзгiшi датчигiнiң иiлуге қарсылығы жоғары, сонымен қатар олар механикалық мықтылығымен бiрге оларға жоғалып кететiн аздаған гитерезис тән.

Құрылымы жағынан бiртұтас магнит өлшегiштi датчиктердi қолдану барынша жеңiл және сенiмдi. Олардың сезiмталдығы шихтовандалған магнит өткiзгiштерден төмен болғанымен, 50 кг артық әсердi өлшеуде өндiрiстiк кедергiлерге қарамастан шығудағы қуаты жеткiлiктi.

Таңдап алған сезiмтал элемент сегiзбұрыш түрiнде жасалған (3.3 сурет). Сезiмтал элемент ЖЖҚ орамынан - W₁ негiзгi және бiр-бiрiне 90 ⁰ –пен орналасқан W_2-1, W_2-2 орта орамнан тұрады. Және де олардың бiрi механикалық әсер осьпен бағыттас орналасқан. Негiзгi орам әр негiзгi орамға 45⁰ бұрышпен орналасқан.

 

3.3 сурет – Бiртұтас магнит өткiзгiштiң құрылысы

 

Құрылысы жағынан датчик цилиндрлi герметикалық қораптан тұрады.

 

3.4 сурет – Магниттi анизотропты датчик құрылысы

 

Орамалары бар компаун ОАД-нан құйылған сезiмтал элемент қорап iшiнде орналасқан. Сезiмтал элементтiңкүш түсiру кезiнде қозғалып кетуiн болдырмау үшiн сезiмтал элемент винттiң көмегi арқылы датчиктiң төменгi табанына бекiтiлген. Сезiмтал элементтiң сыртқы бетiне қорапқа бұралған қақпақпен басылған болат шарик орналасады [7]. Қақпақтың аздаған дөңгелектi гофралары бар, ол аз шектiкте қозғалуға мүмкiндiк бередi. Осының әсерi күштiң сезiмтал элементке түсу кезiнде қателiктердi болдырмайды. Орам қуатының орта орамнан алынған ЖЖҚ-сы және дабылы 5 желiлi қосу кабелi экраны арқылы берiледi. Кабель қорапқа гермо енгiзу арқылы монтаждалған, кабельдi жалғау сезiмтал элементтi қорапқа компаун ОАД-нан құймай тұрып жүргiзiледi.