RU2328001C2 - Measurement device of electric gauge - Google Patents
Measurement device of electric gauge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2328001C2 RU2328001C2 RU2006128523/28A RU2006128523A RU2328001C2 RU 2328001 C2 RU2328001 C2 RU 2328001C2 RU 2006128523/28 A RU2006128523/28 A RU 2006128523/28A RU 2006128523 A RU2006128523 A RU 2006128523A RU 2328001 C2 RU2328001 C2 RU 2328001C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- ring
- permanent magnet
- magnetic
- coil
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 3
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 176
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 48
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 84
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims description 10
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 6
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 claims 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 30
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 17
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 14
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы.The invention relates to electrical engineering and can be used in electrical appliances of the magnetoelectric system.
Известен измерительный механизм электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы, содержащий укрепленную в обойме подвижную рамку с обмоткой и закрепленным на рамке указателем; магнитную систему, состоящую из постоянных магнитов, цилиндрического кольцевого магнитопровода, полюсных наконечников, один из которых тороидальный, а второй в виде полукольца, охватывающего первый наконечник с кольцевым рабочим воздушным зазором, направляющих магнитный поток постоянных магнитов в рабочий зазор, в котором размещена одна вертикальная сторона рамки, для участка обмотки которой имеет место силовое взаимодействие протекающего по обмотке измеряемого тока с магнитным полем постоянных магнитов, создающее вращающий момент, поворачивающий рамку (авторское свидетельство СССР №1109648 G01R 5/02, 1983).A known measuring mechanism of an electrical measuring device of a magnetoelectric system, comprising a movable frame mounted in a holder with a coil and a pointer fixed to the frame; a magnetic system consisting of permanent magnets, a cylindrical annular magnetic circuit, pole tips, one of which is toroidal, and the second in the form of a half-ring covering the first tip with a ring working air gap, directing the magnetic flux of permanent magnets into the working gap, in which one vertical side is placed a frame, for the winding portion of which there is a force interaction of the measured current flowing through the winding with the magnetic field of permanent magnets, creating a torque, turning the frame (USSR author's certificate No. 1109648 G01R 5/02, 1983).
Такие измерительные механизмы имеют ряд недостатков. Так, полюсные наконечники имеют протяженную геометрическую форму, что создает пути для рассеяния части магнитного потока постоянного магнита, минуя рабочий зазор. Конструкция магнитной системы таких измерительных механизмов с полюсными наконечниками, имеющими развитую поверхность, обуславливает величину магнитной индукции в рабочем зазоре существенно меньшую, чем в конструкциях с расположением постоянного магнита в непосредственной близости от рабочего зазора. Так как чувствительность измерительного механизма прямо пропорциональна величине магнитной индукции в рабочем зазоре магнитной системы, поэтому сниженная из-за явления рассеяния магнитного потока магнитная индукция в рабочем зазоре обуславливает недостаточную чувствительность измерительного механизма.Such measuring mechanisms have several disadvantages. So, the pole pieces have an extended geometric shape, which creates ways for the scattering of part of the magnetic flux of a permanent magnet, bypassing the working gap. The design of the magnetic system of such measuring mechanisms with pole pieces having a developed surface determines the magnitude of the magnetic induction in the working gap is much smaller than in designs with a permanent magnet in the immediate vicinity of the working gap. Since the sensitivity of the measuring mechanism is directly proportional to the magnitude of the magnetic induction in the working gap of the magnetic system, therefore, the magnetic induction in the working gap, reduced due to the scattering of the magnetic flux, causes insufficient sensitivity of the measuring mechanism.
Кроме того, из-за явления рассеяния магнитного потока величина радиально направленного потока в рабочем зазоре по длине полюсных наконечников является непостоянной. Пространственная неравномерность величины магнитной индукции в пределах угла поворота рамки служит причиной возникновения неравномерности шкалы прибора. Следует отметить, что измерительный механизм имеет ограниченный угол отклонения рамки, который задает предел достижимого углового размера шкалы прибора. Неравномерность и ограниченный угловой размер шкалы прибора ограничивают возможность уменьшения погрешности отсчета для заданного диапазона измерения прибора.In addition, due to the scattering of the magnetic flux, the magnitude of the radially directed flux in the working gap along the length of the pole pieces is unstable. Spatial non-uniformity of the magnitude of magnetic induction within the angle of rotation of the frame causes the non-uniformity of the scale of the device. It should be noted that the measuring mechanism has a limited angle of deflection of the frame, which sets the limit of the achievable angular size of the scale of the device. The unevenness and the limited angular size of the instrument scale limit the possibility of reducing the reference error for a given measuring range of the device.
Недостаточная чувствительность измерительного механизма, а также значительная погрешность отсчета являются причинами недостаточной точности показаний электроизмерительного прибора с данным измерительным механизмом. Кроме того, при использовании такой конструкции измерительного механизма невозможно выполнить его компактной формы, малых габаритов.Insufficient sensitivity of the measuring mechanism, as well as a significant reading error, are the reasons for the insufficient accuracy of the readings of the electrical measuring device with this measuring mechanism. In addition, when using such a design of the measuring mechanism, it is impossible to carry out its compact form, small dimensions.
Известен измерительный механизм электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы, содержащий магнитную систему, включающую в себя магнитопровод в виде полого цилиндра с плоскими основаниями, внутри которого к нижнему основанию прикреплен аксиально намагниченный кольцевой постоянный магнит, образующий с верхним основанием магнитопровода рабочий воздушный зазор; подвижную рамку квадратной формы с измерительной обмоткой, размещенную в рабочем зазоре параллельно торцевой плоскости магнита и закрепленную на оси, которая установлена в его отверстии соосно с цилиндрической поверхностью магнита. Крепление рамки к оси осуществлено с помощью двух надетых на ось крестовин, концы одной из которых закреплены в углах рамки, а концы другой - на серединах сторон рамки (авторское свидетельство СССР №1377747 G01R 5/02, 1986).A known measuring mechanism of an electric measuring device of a magnetoelectric system comprising a magnetic system including a magnetic circuit in the form of a hollow cylinder with flat bases, inside of which an axially magnetized ring permanent magnet is attached to the lower base, forming a working air gap with the upper base of the magnetic circuit; a movable square-shaped frame with a measuring winding, placed in the working gap parallel to the end plane of the magnet and mounted on an axis that is installed in its hole coaxially with the cylindrical surface of the magnet. The frame was fixed to the axis using two crosses worn on the axis, the ends of one of which are fixed in the corners of the frame, and the ends of the other - in the middle of the sides of the frame (USSR author's certificate No. 1377747
Описанный измерительный механизм имеет следующую особенность: витки измерительной обмотки в местах крепления к рамке стержней крестовин электрически закорочены и в этих местах присоединены к токовым выводам; четыре вывода у концов одной крестовины подключены к клемме одной полярности, а четыре вывода у концов другой крестовины - к клемме другой полярности. Таким образом, на каждой стороне рамки от углов рамки к серединам ее сторон по каждому витку обмотки будет протекать ток, меньший измеряемого тока в 8 ω раз (где ω - число витков обмотки). Это уменьшит вращающий момент измерительного механизма. Так как чувствительность измерительного механизма прямо пропорциональна величине вращающего момента, следовательно, чувствительность данного механизма окажется сниженной в сравнении с чувствительностью измерительного механизма, витки обмотки которого соединены последовательно.The described measuring mechanism has the following feature: the turns of the measuring winding at the points of attachment to the frame of the rods of the crosses are electrically shorted and in these places are connected to the current leads; four terminals at the ends of one cross are connected to a terminal of one polarity, and four terminals at the ends of another cross are connected to a terminal of another polarity. Thus, on each side of the frame from the corners of the frame to the midpoints of its sides, a current will flow through each coil of the winding, which is 8 times less than the measured current (where ω is the number of turns of the winding). This will reduce the torque of the measuring mechanism. Since the sensitivity of the measuring mechanism is directly proportional to the magnitude of the torque, therefore, the sensitivity of this mechanism will be reduced in comparison with the sensitivity of the measuring mechanism, the windings of which are connected in series.
Кроме того, конструкция рамки такова, что обмотка имеет заметную протяженность вдоль оси механизма, тем самым рабочий зазор предполагается достаточно значительным, чтобы усиливать рассеяние магнитного потока постоянного магнита, уменьшающее величину магнитной индукции в рабочем зазоре.In addition, the design of the frame is such that the winding has a noticeable extent along the axis of the mechanism, thereby the working gap is assumed to be significant enough to enhance the scattering of the magnetic flux of the permanent magnet, which reduces the magnitude of the magnetic induction in the working gap.
Недостаточная чувствительность указанного измерительного механизма вызвана тем, что вращающий момент создается взаимодействием тока, значительно меньшего, чем измеряемый, с магнитным полем в рабочем зазоре, а также низкой магнитной индукцией в рабочем зазоре из-за рассеяния магнитного потока.The insufficient sensitivity of the indicated measuring mechanism is caused by the fact that the torque is generated by the interaction of a current much smaller than the measured one with the magnetic field in the working gap, and also by low magnetic induction in the working gap due to scattering of the magnetic flux.
Принцип работы данного измерительного механизма предполагает угол поворота рамки, равный 360 град, что позволяет обеспечить угловой размер шкалы прибора, равный 360 град. Кроме этого, постоянство вращающего момента вне зависимости от угла поворота рамки обеспечивает повышенную равномерность шкалы электроизмерительного прибора. Повышенная равномерность шкалы прибора и равный 360 град ее угловой размер позволяют снизить погрешность отсчета прибора, что является достоинством конструкции такого измерительного механизма.The principle of operation of this measuring mechanism involves an angle of rotation of the frame, equal to 360 degrees, which allows to provide an angular size of the scale of the device, equal to 360 degrees. In addition, the constancy of torque regardless of the angle of rotation of the frame provides increased uniformity of the scale of the electrical measuring device. The increased uniformity of the scale of the device and its angular size equal to 360 degrees make it possible to reduce the measurement error of the device, which is an advantage of the design of such a measuring mechanism.
Наиболее близким к заявляемому измерительному механизму является измерительный механизм магнитоэлектрической системы, который содержит подвижный постоянный магнит, выполненный в виде намагниченного в радиальном направлении кольца, размещенного между элементами магнитопровода в виде двух ферромагнитных шайб равного с постоянным магнитом наружного диаметра, установленный с помощью немагнитной рамки на оси, перпендикулярной его торцевой плоскости. Ось с закрепленным на ней стрелочным указателем установлена с возможностью вращения в опорах. Измерительный механизм включает в себя также обойму, выполненную в виде цилиндрического кольца из диэлектрического материала, с двумя немагнитными крышками, между внутренней цилиндрической поверхностью которой и внешней цилиндрической поверхностью постоянного магнита размещена неподвижная измерительная катушка в виде тороидальной обмотки на каркасе, имеющем равную с постоянным магнитом высоту и расположенным в одной с ним плоскости (авторское свидетельство СССР №1325365 G01R 5/02, 1985).Closest to the claimed measuring mechanism is the measuring mechanism of the magnetoelectric system, which contains a movable permanent magnet made in the form of a magnetized in the radial direction of the ring, placed between the elements of the magnetic circuit in the form of two ferromagnetic washers of equal external diameter with a permanent magnet, mounted using a non-magnetic frame on the axis perpendicular to its end plane. The axis with a pointer mounted on it is mounted with the possibility of rotation in the supports. The measuring mechanism also includes a holder made in the form of a cylindrical ring of dielectric material, with two non-magnetic covers, between the inner cylindrical surface of which and the outer cylindrical surface of the permanent magnet there is a stationary measuring coil in the form of a toroidal winding on a frame having a height equal to that of the constant magnet and located in the same plane with it (USSR author's certificate No. 1325365
Эта конструкция имеет ряд недостатков. Так, магнитная цепь включает в себя два кольцевых воздушных зазора: внутренний, образованный внутренними цилиндрическими поверхностями постоянного магнита и элементов магнитопровода, и внешний - рабочий зазор, образованный внешними цилиндрическими поверхностями постоянного магнита и элементов магнитопровода. Эффективные размеры воздушных зазоров определяют длина и ориентация изгиба силовых линий магнитного поля между лежащими на общей цилиндрической поверхности сторонами постоянного магнита и элементов магнитопровода. Значительная величина воздушных зазоров обуславливает большое магнитное сопротивление на пути полезного магнитного потока, что оказывает размагничивающий эффект и уменьшает магнитную индукцию в пространстве между постоянным магнитом и ближайшей к нему стороной обмотки - той стороной, протекание измеряемого тока по которой обуславливает силовое взаимодействие с магнитным полем постоянного магнита, поворачивающее постоянный магнит вместе со стрелочным указателем. Сниженная магнитная индукция является причиной недостаточной чувствительности измерительного механизма.This design has several disadvantages. So, the magnetic circuit includes two annular air gaps: the inner, formed by the inner cylindrical surfaces of the permanent magnet and the elements of the magnetic circuit, and the outer - the working gap, formed by the outer cylindrical surfaces of the permanent magnet and the elements of the magnetic circuit. The effective dimensions of the air gaps determine the length and orientation of the bend of the magnetic field lines between the sides of the permanent magnet and the elements of the magnetic circuit lying on a common cylindrical surface. A significant amount of air gaps causes a large magnetic resistance in the path of the useful magnetic flux, which has a demagnetizing effect and reduces the magnetic induction in the space between the permanent magnet and the side of the winding closest to it - the side where the measured current flows through which determines the force interaction with the magnetic field of the permanent magnet turning a permanent magnet along with an arrow pointer. Reduced magnetic induction is the reason for the lack of sensitivity of the measuring mechanism.
Кроме того, при взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с протекающим по обмотке измеряемым током силы, действующие на постоянный магнит со стороны участка обмотки на наружной цилиндрической стороне каркаса катушки, а также со стороны участков обмотки на торцевых сторонах каркаса, создадут вращающий момент, направленный противоположно вращающему моменту, вызванному силовым взаимодействием магнитного поля с измеряемым током, протекающим по участку обмотки на внутренней, приближенной к магниту, цилиндрической стороне каркаса. Вследствие этого суммарный вращающий момент окажется снижен, что обуславливает недостаточную чувствительность измерительного механизма.In addition, when the magnetic field of the permanent magnet interacts with the measured current flowing through the winding, the forces acting on the permanent magnet from the side of the winding section on the outer cylindrical side of the coil frame, as well as from the side of the winding sections on the end sides of the frame, create a torque directed opposite to the rotating the moment caused by the force interaction of the magnetic field with the measured current flowing along the winding section on the inner cylindrical side of the frame close to the magnet sa As a result, the total torque will be reduced, which leads to insufficient sensitivity of the measuring mechanism.
Условие исключения взаимодействия тока, протекающего по стороне витков на наружной цилиндрической стороне каркаса, с магнитным полем постоянного магнита будет ограничивать минимальную допустимую ширину каркаса катушки, а следовательно, ограничивать возможность уменьшения габаритов механизма.The condition for excluding the interaction of the current flowing along the side of the turns on the outer cylindrical side of the frame with the magnetic field of the permanent magnet will limit the minimum allowable width of the coil frame, and therefore limit the possibility of reducing the dimensions of the mechanism.
Устранение взаимодействия тока, протекающего по сторонам витков на торцевых сторонах каркаса, с магнитным полем постоянного магнита регулировкой положения элементов магнитопровода относительно постоянного магнита посредством осевого смещения элементов магнитопровода является труднодостижимым. Вследствие этого вращающий момент будет неизбежно снижен. Кроме того, приближение элементов магнитопровода к торцевым плоскостям постоянного магнита при регулировке приведет к увеличению магнитного потока рассеяния через торцы постоянного магнита, что дополнительно снизит магнитную индукцию в рабочем зазоре. Сниженная магнитная индукция будет являться причиной ограниченной чувствительности измерительного механизма.Eliminating the interaction of the current flowing along the sides of the turns on the end sides of the frame with the magnetic field of a permanent magnet by adjusting the position of the elements of the magnetic circuit relative to the permanent magnet by means of the axial displacement of the elements of the magnetic circuit is difficult to achieve. As a result, the torque will inevitably be reduced. In addition, the proximity of the elements of the magnetic circuit to the end planes of the permanent magnet during adjustment will increase the magnetic flux of scattering through the ends of the permanent magnet, which will further reduce the magnetic induction in the working gap. Reduced magnetic induction will cause a limited sensitivity of the measuring mechanism.
К числу недостатков конструкции следует также отнести увеличенную массу подвижной части измерительного механизма, ограничивающую его коэффициент добротности. Для обеспечения необходимого вращающего момента подвижный постоянный магнит должен обладать достаточной энергией магнитного поля, величина которой прямо пропорциональна объему магнита. В то же время с увеличением массы магнита возрастает момент трения подвижной части в опорах, что приводит к увеличению погрешности показаний электроизмерительного прибора из-за трения в опорах, характеризуемой коэффициентом добротности измерительного механизма.Among the design flaws should also include the increased mass of the moving part of the measuring mechanism, limiting its quality factor. To provide the necessary torque, the movable permanent magnet must have sufficient magnetic field energy, the magnitude of which is directly proportional to the volume of the magnet. At the same time, with an increase in the magnet mass, the friction moment of the moving part in the supports increases, which leads to an increase in the error of the readings of the electrical measuring device due to friction in the supports, characterized by the quality factor of the measuring mechanism.
Также следует отметить, что выполненные из немагнитного материала цилиндрическая обойма и крышки не защитят измерительный механизм от воздействия внешнего магнитного поля, что делает прибор неустойчивым к размагничивающему воздействию этого поля.It should also be noted that a cylindrical ferrule and caps made of non-magnetic material will not protect the measuring mechanism from the action of an external magnetic field, which makes the device unstable to the demagnetizing effect of this field.
Недостаточная величина вращающего момента, обусловленная значительным рассеянием магнитного потока постоянного магнита, снижающим магнитную индукцию в рабочем зазоре, а также наличием уменьшающего вращающий момент силового воздействия на постоянный магнит со стороны внешнего цилиндрического и торцевых участков обмотки, является причиной низкой чувствительности известного измерительного механизма; а увеличенная масса подвижной части измерительного механизма ограничивает величину его коэффициента добротности. Это обуславливает недостаточную точность показаний электроизмерительного прибора.The insufficient magnitude of the torque due to the significant scattering of the magnetic flux of the permanent magnet, which reduces the magnetic induction in the working gap, as well as the presence of a torque-reducing force acting on the permanent magnet from the side of the external cylindrical and end sections of the winding, is the reason for the low sensitivity of the known measuring mechanism; and the increased mass of the moving part of the measuring mechanism limits the value of its quality factor. This leads to insufficient accuracy of the readings of the electrical meter.
Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, в котором все вышеперечисленные недостатки либо отсутствуют, либо минимальны.The claimed invention solves the problem of creating a device in which all of the above disadvantages are either absent or minimal.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение чувствительности и коэффициента добротности измерительного механизма.The technical result of the claimed invention is to increase the sensitivity and quality factor of the measuring mechanism.
Этот технический результат достигается тем, что в измерительном механизме магнитоэлектрической системы, содержащем обойму, выполненную в виде цилиндрического кольца с опорами и осью, установленной в опорах обоймы с возможностью вращения, концентрично размещенные в обойме немагнитную рамку, закрепленную на оси, постоянный магнит в виде радиально намагниченного кольца, измерительную катушку в виде тороидальной обмотки на каркасе и магнитопровод, согласно изобретению каркас измерительной катушки выполнен в виде цилиндрического кольца из ферромагнитного материала, а катушка закреплена на немагнитной рамке и размещена в кольце постоянного магнита, постоянный магнит неподвижно установлен в обойме, а между ним и обоймой жестко установлен неподвижный магнитопровод, выполненный в форме цилиндрического кольца скобообразного сечения так, что в полости внешнего цилиндрического кольца расположены два жестко с ним сопряженных общими торцевыми участками внутренних цилиндрических кольца, при этом измерительная катушка размещена между торцами внутренних колец магнитопровода таким образом, что цилиндрическое кольцо каркаса измерительной катушки и внутренние кольца магнитопровода размещены по вертикали друг под другом с образованием зазоров.This technical result is achieved by the fact that in the measuring mechanism of the magnetoelectric system containing the cage, made in the form of a cylindrical ring with bearings and an axis mounted in the bearings of the cage with the possibility of rotation, a non-magnetic frame concentrically placed in the cage, fixed on the axis, a permanent magnet in the form of a radially magnetized ring, a measuring coil in the form of a toroidal winding on the frame and a magnetic circuit, according to the invention, the measuring coil frame is made in the form of a cylindrical ring made of ferromagnetic material, and the coil is mounted on a non-magnetic frame and placed in a permanent magnet ring, the permanent magnet is fixedly mounted in a holder, and a fixed magnetic circuit is rigidly mounted between it and the holder, made in the form of a cylindrical ring with a cross-section so that the cavity of the outer cylindrical ring is two inner cylindrical rings rigidly conjugated by common end sections of the inner rings, while the measuring coil is placed between the ends of the inner rings of the magnetic circuit such that the cylindrical ring frame measuring coil and internal magnetic rings are arranged vertically under one another to form gaps.
При этом каркас измерительной катушки может дополнительно содержать выполненный в виде цилиндрического кольца постоянный магнит, жестко сопряженный своей внутренней цилиндрической поверхностью с внешней цилиндрической поверхностью кольца из ферромагнитного материала каркаса, при этом направление намагничивания постоянных магнитов в механизме выбрано так, что внешняя цилиндрическая поверхность постоянного магнита в каркасе и внутренняя цилиндрическая поверхность неподвижного постоянного магнита являются разноименными полюсами магнитов.Moreover, the measuring coil frame may further comprise a permanent magnet made in the form of a cylindrical ring, rigidly conjugated by its inner cylindrical surface to the outer cylindrical surface of the ring from the ferromagnetic material of the frame, and the direction of magnetization of the permanent magnets in the mechanism is chosen so that the outer cylindrical surface of the permanent magnet the frame and the inner cylindrical surface of the fixed permanent magnet are opposite poles magnets.
Этот же технический результат достигается вторым вариантом измерительного механизма того же назначения, а именно тем, что в измерительном механизме магнитоэлектрической системы, содержащем обойму, выполненную в виде цилиндрического кольца с опорами и осью, установленной в опорах обоймы с возможностью вращения, концентрично размещенные в обойме немагнитную рамку, закрепленную на оси, постоянный магнит в виде радиально намагниченного кольца, измерительную катушку в виде обмотки на каркасе и магнитопровод, согласно изобретению постоянный магнит неподвижно установлен в обойме, а между ним и обоймой жестко установлен неподвижный магнитопровод, выполненный в виде цилиндрического кольца, при этом измерительная катушка выполнена в виде участков обмотки, намотанных на элементы в форме кольцевых секторов, каждый из которых представляет собой часть каркаса, выполненного из ферромагнитного материала, при этом секторы образованы n радиальными разрезами цилиндрического кольца при n>1, катушка закреплена на немагнитной рамке и размещена в кольце постоянного магнита, причем на каждом из элементов каркаса со стороны торцевых поверхностей выполнены Г-образные лапки, концы которых отогнуты в сторону неподвижного магнитопровода и образуют с ним зазоры.The same technical result is achieved by the second embodiment of the measuring mechanism for the same purpose, namely, that in the measuring mechanism of the magnetoelectric system containing the cage, made in the form of a cylindrical ring with bearings and an axis mounted in the bearings of the cage with the possibility of rotation, concentrically placed in the cage non-magnetic a frame mounted on an axis, a permanent magnet in the form of a radially magnetized ring, a measuring coil in the form of a winding on the frame and a magnetic circuit according to the invention is constant the second magnet is fixedly mounted in the holder, and between it and the holder is fixedly mounted a fixed magnetic circuit made in the form of a cylindrical ring, while the measuring coil is made in the form of sections of the winding wound on elements in the form of ring sectors, each of which is part of the frame made made of ferromagnetic material, while the sectors are formed by n radial cuts of a cylindrical ring for n> 1, the coil is mounted on a non-magnetic frame and placed in a permanent magnet ring, and on Each of the frame elements from the side of the end surfaces has L-shaped legs, the ends of which are bent towards the stationary magnetic circuit and form gaps with it.
При этом в механизме каждый из элементов каркаса измерительной катушки может дополнительно содержать постоянный магнит, выполненный в виде сектора цилиндрического кольца, жестко сопряженного своей внутренней цилиндрической поверхностью с внешней цилиндрической поверхностью элемента каркаса, причем направление намагничивания постоянных магнитов в механизме выбрано так, что внешняя цилиндрическая поверхность постоянного магнита в каркасе и внутренняя цилиндрическая поверхность неподвижного постоянного магнита являются разноименными полюсами магнитов.Moreover, in the mechanism, each of the frame elements of the measuring coil may further comprise a permanent magnet made in the form of a sector of a cylindrical ring rigidly conjugated by its inner cylindrical surface to the outer cylindrical surface of the frame element, and the direction of magnetization of the permanent magnets in the mechanism is chosen so that the outer cylindrical surface permanent magnet in the frame and the inner cylindrical surface of the stationary permanent magnet are different poles of magnets.
Благодаря введению в известный измерительный механизм совокупности существенных отличительных признаков заявляемое устройство обладает повышенной чувствительностью и повышенным коэффициентом добротности. При этом в механизме имеется неподвижный магнит, а также может быть установлен и подвижный магнит, которым является магнит, расположенный в каркасе катушки.Due to the introduction of a set of essential distinguishing features into the known measuring mechanism, the claimed device has an increased sensitivity and an increased quality factor. In this case, the mechanism has a fixed magnet, and a movable magnet can also be installed, which is a magnet located in the coil frame.
Конструкция элементов магнитопровода заявляемого измерительного механизма, в сравнении с прототипом, снижает магнитное сопротивление на пути полезного магнитного потока благодаря предельному уменьшению величины воздушных зазоров в магнитной цепи; так, в первом варианте механизма магнитный поток, исходящий с поверхности внешнего полюса неподвижного постоянного магнита, проходит по неподвижному кольцеобразному скобообразного сечения магнитопроводу, с торцов внутренних колец которого через минимальные воздушные зазоры входит в торцы каркаса катушки, являющегося подвижным магнитопроводом. В соответствии с дополнительными признаками, а именно наличием в каркасе постоянного магнита, магнитный поток далее проходит по подвижному магнитопроводу до внутреннего полюса постоянного магнита каркаса катушки. Следовательно, возрастают полезный магнитный поток и магнитная индукция в рабочем зазоре, чувствительность измерительного механизма повышается.The design of the elements of the magnetic circuit of the inventive measuring mechanism, in comparison with the prototype, reduces the magnetic resistance in the path of the useful magnetic flux due to the maximum reduction in the amount of air gaps in the magnetic circuit; So, in the first version of the mechanism, the magnetic flux emanating from the surface of the outer pole of the fixed permanent magnet passes through the fixed ring-shaped staple-shaped section of the magnetic circuit, from the ends of the inner rings of which enters the ends of the coil frame, which is a movable magnetic circuit, through the minimum air gaps. In accordance with additional features, namely the presence of a permanent magnet in the frame, the magnetic flux then passes through the movable magnetic circuit to the inner pole of the permanent magnet of the coil frame. Consequently, the useful magnetic flux and magnetic induction in the working gap increase, the sensitivity of the measuring mechanism increases.
Кроме того, в отличие от прототипа, в котором элементы магнитопровода приближены к торцевым плоскостям постоянного магнита, что увеличивает магнитный поток рассеяния через его торцы, в заявляемом устройстве расстояние от торцевых плоскостей неподвижного и подвижного постоянных магнитов до расположенных над указанными плоскостями элементов магнитопровода задается достаточным, чтобы исключить замыкание через элементы магнитопровода потоков рассеяния от торцов постоянных магнитов. Это увеличивает полезный магнитный поток и чувствительность измерительного механизма.In addition, in contrast to the prototype, in which the elements of the magnetic circuit are close to the end planes of the permanent magnet, which increases the magnetic flux of scattering through its ends, in the inventive device, the distance from the end planes of the stationary and movable permanent magnets to the magnetic circuit elements located above the indicated planes is sufficient, to exclude shorting through the elements of the magnetic circuit of the scattering flux from the ends of the permanent magnets. This increases the useful magnetic flux and sensitivity of the measuring mechanism.
Каркас подвижной измерительной катушки, выполненный из ферромагнитного материала и представляющий собой подвижный магнитопровод, экранирует от воздействия поля неподвижного постоянного магнита участок обмотки на внутренней цилиндрической стороне каркаса. Это позволяет выполнить каркас измерительной катушки в виде максимально тонкого кольца при соблюдении условия экранирования им магнитного поля. Следовательно, возможно выполнение сторон витков обмотки, лежащих на торцах каркаса, значительно короче стороны витков, расположенной в рабочем зазоре - пространстве между внешней цилиндрической поверхностью каркаса катушки и внутренней цилиндрической поверхностью неподвижного постоянного магнита. Такое конструктивное выполнение измерительной катушки приводит к тому, что силовое взаимодействие измеряемого тока с магнитным полем неподвижного постоянного магнита определяется исключительно стороной обмотки, расположенной в рабочем зазоре. Поэтому вращающий момент увеличивается, что повышает чувствительность измерительного механизма.The frame of the movable measuring coil, made of ferromagnetic material and representing a movable magnetic circuit, shields the winding portion on the inner cylindrical side of the frame from the action of the field of the stationary permanent magnet. This allows you to make the frame of the measuring coil in the form of the thinnest ring, subject to the conditions for shielding the magnetic field. Therefore, it is possible to perform the sides of the turns of the winding lying on the ends of the frame, much shorter than the side of the turns located in the working gap - the space between the outer cylindrical surface of the coil frame and the inner cylindrical surface of the fixed permanent magnet. Such a constructive implementation of the measuring coil leads to the fact that the force interaction of the measured current with the magnetic field of a fixed permanent magnet is determined exclusively by the side of the winding located in the working gap. Therefore, the torque increases, which increases the sensitivity of the measuring mechanism.
Кроме того, возможность выполнения каркаса измерительной катушки в виде тонкого кольца, помимо повышения величины вращающего момента, позволяет уменьшить массу подвижной части измерительного механизма для снижения момента трения подвижной части в опорах. Это увеличивает коэффициент добротности и, соответственно, уменьшает погрешность показаний электроизмерительного прибора, в сравнении с теми же характеристиками для прототипа, в котором увеличенная масса подвижной части необходима для обеспечения достаточной магнитной энергии подвижного постоянного магнита, создающего вращающий момент.In addition, the possibility of making the frame of the measuring coil in the form of a thin ring, in addition to increasing the magnitude of the torque, reduces the mass of the moving part of the measuring mechanism to reduce the friction moment of the moving part in the bearings. This increases the quality factor and, accordingly, reduces the error of the readings of the electrical measuring device, in comparison with the same characteristics for the prototype, in which an increased mass of the moving part is necessary to provide sufficient magnetic energy of the moving permanent magnet that creates the torque.
При этом, если каркас измерительной катушки выполнен в виде жестко сопряженных боковыми поверхностями подвижного магнитопровода и радиально намагниченного подвижного постоянного магнита, то подвижный магнитопровод экранирует от воздействия поля постоянных магнитов участок обмотки на внутренней цилиндрической стороне каркаса. Подвижный постоянный магнит направляет силовые линии магнитного поля в магнитной системе таким образом, что его взаимодействие с измеряемым током, протекающим по торцевым сторонам обмотки, создает вращающий момент, сонаправленный с вращающим моментом, вызванным силовым взаимодействием магнитного поля с измеряемым током, протекающим по стороне обмотки, расположенной в рабочем зазоре (пространстве между внешней цилиндрической поверхностью подвижного постоянного магнита и внутренней цилиндрической поверхностью неподвижного постоянного магнита). Таким образом, в заявляемом измерительном механизме, в отличие от известного измерительного механизма, отрицательный эффект воздействия магнитного поля на торцевые участки обмотки превращается в положительный эффект. Вследствие этого суммарный вращающий момент увеличивается, что повышает чувствительность измерительного механизма.In this case, if the measuring coil frame is made in the form of a movable magnetic circuit rigidly conjugated by the lateral surfaces and a radially magnetized movable permanent magnet, then the movable magnetic circuit shields a portion of the winding on the inner cylindrical side of the frame from the action of the permanent magnet field. A movable permanent magnet directs the lines of force of the magnetic field in the magnetic system so that its interaction with the measured current flowing along the end sides of the winding creates a torque that is aligned with the torque caused by the force interaction of the magnetic field with the measured current flowing along the side of the winding, located in the working gap (the space between the outer cylindrical surface of the movable permanent magnet and the inner cylindrical surface of the stationary permanent oh magnet). Thus, in the inventive measuring mechanism, in contrast to the known measuring mechanism, the negative effect of the magnetic field on the end sections of the winding turns into a positive effect. As a result, the total torque increases, which increases the sensitivity of the measuring mechanism.
Кроме того, в отличие от известного измерительного механизма, возможность уменьшения в заявляемом механизме толщины кольца подвижного постоянного магнита с целью уменьшить его массу для снижения момента трения подвижной части в опорах не отразится заметно на величине вращающего момента, потому что основной вклад в создание вращающего момента в заявляемом устройстве вносит магнитная энергия неподвижного постоянного магнита. В отличие от известного измерительного механизма, у которого высота постоянного магнита должна быть равной высоте каркаса измерительной катушки, для обеспечения возможности минимизировать угол пересечения силовыми линиями магнитного поля торцевых сторон катушки, в заявляемом устройстве при выполнении каркаса катушки с постоянным магнитом неподвижный постоянный магнит с целью обеспечения повышенной магнитной энергии может иметь увеличенные размеры: высоту, большую, чем высота каркаса катушки, и соотношение высоты и толщины кольца магнита, соответствующее максимуму магнитной энергии. Увеличенная энергия магнитного поля неподвижного постоянного магнита обуславливает повышенную чувствительность измерительного механизма.In addition, unlike the known measuring mechanism, the possibility of reducing the thickness of the ring of the movable permanent magnet in the claimed mechanism in order to reduce its mass to reduce the friction moment of the movable part in the bearings will not noticeably affect the magnitude of the torque, because the main contribution to the creation of torque in The claimed device introduces the magnetic energy of a stationary permanent magnet. In contrast to the known measuring mechanism, in which the height of the permanent magnet should be equal to the height of the frame of the measuring coil, to ensure that it is possible to minimize the angle of intersection of the magnetic fields of the ends of the coil by force lines, the inventive device, when the frame of the coil is made with a permanent magnet, has a fixed permanent magnet in order to ensure increased magnetic energy can have increased dimensions: a height greater than the height of the coil frame, and the ratio of the height and thickness of the ring m rot, corresponding to a maximum magnetic energy. The increased energy of the magnetic field of a fixed permanent magnet determines the increased sensitivity of the measuring mechanism.
Выполнение измерительной катушки в виде разделенных радиальными зазорами участков обмотки, намотанных на элементы каркаса в форме отдельных кольцевых секторов, установленных концентрично оси измерительного механизма на немагнитной рамке с радиальными зазорами между ними, позволяет уменьшить массу подвижной части измерительного механизма для снижения момента трения подвижной части в опорах. На элементы каркаса в виде отдельных кольцевых секторов может быть суммарно намотано такое же количество витков обмотки посредством увеличения плотности намотки, как и при непрерывной намотке на кольцевой каркас без разрезов, что сохраняет неизменным вращающий момент. Это увеличивает коэффициент добротности измерительного механизма и, следовательно, уменьшает погрешность показаний электроизмерительного прибора.The implementation of the measuring coil in the form of winding sections separated by radial gaps, wound on frame elements in the form of separate annular sectors mounted concentrically to the axis of the measuring mechanism on a non-magnetic frame with radial gaps between them, reduces the mass of the moving part of the measuring mechanism to reduce the friction moment of the moving part in the supports . On the frame elements in the form of separate ring sectors, the same number of winding turns can be wound in total by increasing the winding density, as with continuous winding on the ring frame without cuts, which keeps the torque unchanged. This increases the quality factor of the measuring mechanism and, therefore, reduces the error of the readings of the electrical measuring device.
Кроме того, в заявляемом измерительном механизме рабочий зазор может быть выполнен минимальной радиальной длины: для данной конструкции не требуется выполнять его настолько протяженным, чтобы между образующими его поверхностями магнитной системы помещался каркас измерительной катушки с обмоткой, так как сторона витков обмотки, участвующая в создании вращающего момента, лежит на поверхности самой магнитной системы, то есть на внешней цилиндрической поверхности подвижного магнитопровода (а при выполнении каркаса катушки с магнитом - на соответствующей поверхности подвижного постоянного магнита), образующей вместе с внутренней цилиндрической поверхностью неподвижного постоянного магнита рабочий зазор. Конфигурация магнитной системы, в которой возможно расположение постоянных магнитов максимально близко к рабочему зазору, образованному поверхностями их полюсов, соответствует наименьшему рассеянию полезного магнитного потока. Выполнение рабочего зазора в виде воздушного промежутка между поверхностями полюсов постоянных магнитов и возможность задания его оптимальной радиальной длины увеличивают магнитную индукцию в рабочем зазоре и, следовательно, повышают чувствительность измерительного механизма.In addition, in the inventive measuring mechanism, the working gap can be made of a minimum radial length: for this design it is not necessary to make it so long that a measuring coil frame with a winding is placed between the surfaces of the magnetic system, since the side of the winding turns involved in creating a rotating moment lies on the surface of the magnetic system itself, that is, on the outer cylindrical surface of the moving magnetic circuit (and when performing the coil frame with a magnet - n the corresponding surface of the movable permanent magnet) forming together with the inner cylindrical surface of the stationary permanent magnet working gap. The configuration of the magnetic system, in which the location of the permanent magnets is possible as close to the working gap formed by the surfaces of their poles, corresponds to the smallest dispersion of the useful magnetic flux. The implementation of the working gap in the form of an air gap between the surfaces of the poles of the permanent magnets and the possibility of setting its optimal radial length increase the magnetic induction in the working gap and, therefore, increase the sensitivity of the measuring mechanism.
На фиг.1 изображен первый вариант заявляемого измерительного механизма, вид спереди с центральным разрезом; на фиг.2 - то же, разрез в горизонтальной плоскости (вид сверху); на фиг.3 изображен первый вариант механизма с каркасом катушки, содержащим постоянный магнит; на фиг.4 - то же, разрез в горизонтальной плоскости; на фиг.5 - фрагмент измерительного механизма, вид спереди с центральным разрезом; на фиг.6-10 представлен другой вариант выполнения заявляемого измерительного механизма.Figure 1 shows the first version of the inventive measuring mechanism, a front view with a central section; figure 2 is the same, a section in the horizontal plane (top view); figure 3 shows a first embodiment of a mechanism with a coil frame containing a permanent magnet; figure 4 is the same, a section in the horizontal plane; figure 5 is a fragment of the measuring mechanism, a front view with a central section; 6-10 presents another embodiment of the inventive measuring mechanism.
Измерительный механизм (фиг.1-5) содержит обойму 1 в виде цилиндрического кольца с опорами 2, установленный в обойме неподвижный постоянный магнит 3, также выполненный в виде цилиндрического кольца и установленный соосно с обоймой. Неподвижный магнитопровод, жестко установленный между обоймой и неподвижным постоянным магнитом, выполнен в форме цилиндрического кольца скобообразного сечения с внешним кольцом 4 с торцевыми участками 5, и двумя внутренними кольцами 6. При этом магнитопровод установлен концентрично относительно постоянного магнита 3. Ось 7 установлена в опорах 2 с возможностью вращения, на ней закреплены стрелочный указатель 8 и немагнитная рамка 9, на которой в кольце неподвижного постоянного магнита концентрично с ним установлена подвижная измерительная катушка. Подвижная измерительная катушка выполнена в виде тороидальной обмотки 10, намотанной на каркас в виде цилиндрического кольца 11 из ферромагнитного материала, на цилиндрических сторонах которого направление витков обмотки параллельно образующим этих цилиндрических поверхностей. При этом каркас катушки может дополнительно содержать охватывающий кольцо 11 постоянный магнит 14, также выполненный в форме цилиндрического кольца, жестко сопряженный с кольцом 11.The measuring mechanism (Figs. 1-5) comprises a
Измерительная катушка размещена между торцами внутренних колец 6 магнитопровода так, что цилиндрическое кольцо каркаса измерительной катушки и внутренние кольца 6 магнитопровода размещены по вертикали друг под другом с образованием зазоров 12. В случае выполнения каркаса катушки с постоянным магнитом постоянные магниты 3 и 14 в механизме намагничены радиально. Направление их намагничивания выбрано так, что внешняя цилиндрическая поверхность подвижного постоянного магнита 14 и внутренняя цилиндрическая поверхность неподвижного постоянного магнита 3 являются разноименными магнитными полюсами, как показано на фиг.3-5, а пространство между внешней цилиндрической поверхностью подвижного постоянного магнита 14 и внутренней цилиндрической поверхностью неподвижного постоянного магнита 3 образует кольцевой рабочий зазор 13.The measuring coil is placed between the ends of the
Измерительный механизм работает следующим образом.The measuring mechanism operates as follows.
При выбранном направлении намагничивания неподвижного постоянного магнита 3 (фиг.1, 2) в рабочем зазоре 13 магнитной системы измерительного механизма равномерно распределяется радиально направленный полезный магнитный поток, который проходит по следующим участкам магнитной цепи: неподвижному постоянному магниту 3, неподвижному магнитопроводу от его цилиндрической части 4 через торцевые участки 5, далее по внутренним кольцам 6, зазорам 12 между торцевыми поверхностями подвижного магнитопровода 11 и колец 6 неподвижного магнитопровода, подвижному магнитопроводу 11, рабочему зазору 13. Торцевые стороны 5 и внутренние кольца 6 неподвижного магнитопровода способствуют тому, чтобы полезный магнитный поток проходил преимущественно через них, а не через воздушное пространство над торцевыми плоскостями подвижного и неподвижного магнитопроводов. Тем самым уменьшается магнитное сопротивление на пути полезного магнитного потока и не допускается снижение магнитной индукции в рабочем зазоре 13.With the selected direction of magnetization of the stationary permanent magnet 3 (Fig. 1, 2) in the working
При выполнении каркаса катушки с постоянным магнитом радиально направленный полезный магнитный поток последовательно проходит по следующим участкам магнитной цепи: постоянному магниту 14, рабочему зазору 13, неподвижному постоянному магниту 3, неподвижному магнитопроводу - от его цилиндрической части 4 через торцевые стороны 5, далее по кольцам 6, зазорам 12, подвижному магнитопроводу 11. На фиг.5 изображено направление силовых линий магнитного поля.When performing the frame of the coil with a permanent magnet, a radially directed useful magnetic flux sequentially passes through the following sections of the magnetic circuit: a
При протекании измеряемого тока по обмотке 10 возникает силовое взаимодействие тока с магнитным полем в рабочем зазоре 13, создающее вращающий момент, поворачивающий подвижную измерительную катушку со стрелочным указателем 8 в опорах 2. Вращающий момент уравновешивается противодействующим моментом, создаваемым известным способом.When the measured current flows through the winding 10, there is a force interaction of the current with the magnetic field in the working
Второй вариант измерительного механизма (фиг.6-10) в основном содержит те же элементы, что и первый, за исключением того, что магнитопровод 15, неподвижно установленный между обоймой 1 и постоянным магнитом 3, выполнен в форме цилиндрического кольца. Измерительная катушка выполнена в виде разделенных радиальными зазорами 17 участков обмотки 18, намотанных на элементы в виде кольцевых секторов, каждый из которых представляет собой часть каркаса 19 (фиг.7), выполненную из ферромагнитного материала. Секторы образованы n радиальными разрезами в цилиндрическом кольце (при n>1) и установлены на немагнитной рамке 16. На каждом из элементов каркаса со стороны торцевых поверхностей выполнены Г-образные лапки 21, концы которых отогнуты в сторону неподвижного магнитопровода и образуют с ним зазоры 22. Пространство между внешними цилиндрическими поверхностями элементов каркаса 19, являющихся элементами подвижного магнитопровода, и внутренней цилиндрической поверхностью неподвижного постоянного магнита 3 образует кольцевые рабочие зазоры 20.The second version of the measuring mechanism (Fig.6-10) basically contains the same elements as the first, except that the
При этом элемент каркаса катушки может дополнительно содержать постоянный магнит 23 (фиг.8-9), который имеет такое же функциональное назначение, как и в первом варианте.In this case, the coil frame element may further comprise a permanent magnet 23 (Figs. 8-9), which has the same functional purpose as in the first embodiment.
В каждом из рабочих зазоров 20 магнитной системы измерительного механизма равномерно распределяется радиально направленный полезный магнитный поток, который последовательно проходит по следующим участкам магнитной цепи: неподвижному постоянному магниту 3, неподвижному магнитопроводу 15, зазорам 22 между внутренней цилиндрической поверхностью магнитопровода 15 и лапками 21 элементов каркаса 19, лапкам 21, элементам каркаса 19, рабочим зазорам 20. Лапки 21 способствуют тому, чтобы полезный магнитный поток проходил преимущественно через них, а не через воздушное пространство над торцевыми плоскостями подвижного и неподвижного магнитопроводов. Тем самым уменьшается магнитное сопротивление на пути полезного магнитного потока и не допускается снижение магнитной индукции в рабочих зазорах 20.In each of the working
При протекании измеряемого тока по участкам обмотки 18 возникает силовое взаимодействие тока с магнитным полем в рабочих зазорах 20, создающее вращающий момент, поворачивающий подвижную измерительную катушку со стрелочным указателем 8 в опорах 2. Вращающий момент уравновешивается противодействующим моментом, создаваемым известным способом.When the measured current flows through the winding 18, a force interaction of the current with the magnetic field occurs in the working
Преимущество заявляемого измерительного механизма, в сравнении с известным механизмом, определяется следующими особенностями его конструкции.The advantage of the claimed measuring mechanism, in comparison with the known mechanism, is determined by the following features of its design.
Конструкция магнитной системы такова, что основной путь полезного магнитного потока проходит по магнитопроводу с малым магнитным сопротивлением, и только незначительный его участок составляют воздушные зазоры минимальной длины, благодаря этому возрастают полезный магнитный поток и магнитная индукция в рабочем зазоре.The design of the magnetic system is such that the main path of the useful magnetic flux passes through the magnetic circuit with low magnetic resistance, and only an insignificant portion of it consists of air gaps of the minimum length, due to this, the useful magnetic flux and magnetic induction in the working gap increase.
Кроме того, расстояние от торцевых плоскостей неподвижного постоянного магнита и постоянного магнита в каркасе катушки (при выполнении каркаса с постоянным магнитом) до расположенных над указанными плоскостями торцевых сторон магнитопровода задается достаточным, чтобы исключить замыкание через указанные элементы магнитопровода потоков рассеяния от торцов постоянных магнитов; в результате увеличивается полезный магнитный поток.In addition, the distance from the end planes of the fixed permanent magnet and the permanent magnet in the coil frame (when the frame is made with a permanent magnet) to the ends of the magnetic circuit located above the indicated planes is set to be sufficient to prevent shorting of the scattering flux through the specified elements of the magnetic circuit from the ends of the permanent magnets; as a result, the useful magnetic flux increases.
При этом каркас измерительной катушки, выполненный из ферромагнитного материала и представляющий собой подвижный магнитопровод, экранирует от воздействия поля неподвижного постоянного магнита участок обмотки на внутренней цилиндрической стороне каркаса, что позволяет выполнить каркас измерительной катушки в виде максимально тонкого кольца. Такое конструктивное выполнение измерительной катушки приводит к тому, что силовое взаимодействие измеряемого тока с магнитным полем неподвижного постоянного магнита определяется исключительно стороной обмотки, расположенной в рабочем зазоре; поэтому вращающий момент увеличивается, что повышает чувствительность измерительного механизма.In this case, the frame of the measuring coil made of ferromagnetic material and representing a movable magnetic circuit, shields the winding portion on the inner cylindrical side of the frame from the action of the field of the stationary permanent magnet, which allows the frame of the measuring coil in the form of a thin ring. Such a constructive implementation of the measuring coil leads to the fact that the force interaction of the measured current with the magnetic field of a fixed permanent magnet is determined solely by the side of the winding located in the working gap; therefore, the torque increases, which increases the sensitivity of the measuring mechanism.
Кроме того, минимальная толщина кольца каркаса измерительной катушки позволяет уменьшить массу подвижной части измерительного механизма, что увеличивает его коэффициент добротности.In addition, the minimum thickness of the ring frame of the measuring coil allows to reduce the mass of the movable part of the measuring mechanism, which increases its quality factor.
При выполнении каркаса измерительной катушки в виде жестко сопряженных боковыми поверхностями подвижного магнитопровода и радиально намагниченного подвижного постоянного магнита подвижный магнитопровод экранирует от воздействия поля постоянных магнитов участок обмотки на внутренней цилиндрической стороне каркаса, а постоянный магнит каркаса направляет силовые линии магнитного поля у торцов измерительной катушки вблизи рабочего зазора 13 (показаны эпюрой на фиг.5) таким образом, что взаимодействие магнитного поля постоянных магнитов с измеряемым током, протекающим по торцевым сторонам обмотки, создает вращающий момент, сонаправленный вращающему моменту, вызванному силовым взаимодействием магнитного поля с измеряемым током, протекающим по стороне обмотки, расположенной в рабочем зазоре 13 (направление тока и вращающего момента показано стрелками на фиг.5, вращающий момент перпендикулярен плоскости чертежа). Вследствие этого вращающий момент увеличивается.When the measuring coil frame is made in the form of a movable magnetic circuit rigidly conjugated by the lateral surfaces and a radially magnetized movable permanent magnet, the movable magnetic circuit shields the winding portion on the inner cylindrical side of the frame from the action of the permanent magnet field, and the frame permanent magnet directs the magnetic field lines at the ends of the measuring coil near the working coil ends gap 13 (shown by the plot in figure 5) so that the interaction of the magnetic field of the permanent magnet s with a measured current flowing along the end sides of the winding creates a torque co-directed to the torque caused by the force interaction of the magnetic field with a measured current flowing along the side of the winding located in the working gap 13 (the direction of the current and torque is shown by arrows in figure 5 , the torque is perpendicular to the plane of the drawing). As a result, the torque increases.
Причем толщина кольца подвижного постоянного магнита выбрана минимальной с целью снижения массы подвижной части измерительного механизма, что увеличивает его коэффициент добротности; и уменьшение толщины кольца подвижного постоянного магнита не отразится заметно на величине вращающего момента, потому что основной вклад в создание вращающего момента вносит магнитная энергия неподвижного постоянного магнита.Moreover, the thickness of the ring of the movable permanent magnet is selected to be minimal in order to reduce the mass of the movable part of the measuring mechanism, which increases its quality factor; and a decrease in the thickness of the ring of the movable permanent magnet will not noticeably affect the magnitude of the torque, because the main contribution to the creation of the torque is made by the magnetic energy of the stationary permanent magnet.
В отличие от известного измерительного механизма, у которого высота постоянного магнита должна быть равной высоте каркаса измерительной катушки, для обеспечения возможности минимизировать угол пересечения силовыми линиями магнитного поля торцевых сторон катушки, в заявляемом устройстве при выполнении каркаса катушки с постоянным магнитом, неподвижному постоянному магниту с целью обеспечения повышенной магнитной энергии задается высота, большая, чем высота каркаса катушки, и соотношение высоты и толщины кольца магнита - соответствующее максимуму магнитной энергии.In contrast to the known measuring mechanism, in which the height of the permanent magnet should be equal to the height of the frame of the measuring coil, to ensure that it is possible to minimize the angle of intersection of the magnetic fields of the ends of the coil by force lines in the inventive device, when the frame of the coil with a permanent magnet is fixed to a stationary permanent magnet with the aim To ensure increased magnetic energy, a height greater than the height of the coil frame is set, and the ratio of the height and thickness of the magnet ring corresponds to The present maximum magnetic energy.
Кроме того, конфигурация магнитной системы, при которой рабочий зазор 13 (в первом варианте) или 20 (во втором варианте) образован поверхностями полюсов постоянных магнитов, соответствует наименьшему рассеянию полезного магнитного потока, а расположение витков обмотки на одной из поверхностей, образующих рабочий зазор, обеспечивает возможность задания радиальной длины рабочего зазора, оптимальной с точки зрения достижения максимальной магнитной индукции в нем.In addition, the configuration of the magnetic system, in which the working gap 13 (in the first embodiment) or 20 (in the second embodiment) is formed by the surfaces of the poles of the permanent magnets, corresponds to the smallest dispersion of the useful magnetic flux, and the location of the windings on one of the surfaces forming the working gap provides the ability to specify the radial length of the working gap, optimal in terms of achieving maximum magnetic induction in it.
Вариант заявляемого измерительного механизма, содержащий измерительную катушку, выполненную в виде разделенных радиальными зазорами участков обмотки 18, намотанных на элементы каркаса в форме кольцевых секторов, представленный на фиг.6-10, имеет те же преимущества перед известным механизмом, что и первый вариант заявляемого измерительного механизма, представленный на фиг.1-5, но позволяет еще больше снизить массу подвижной части измерительного механизма для дополнительного увеличения его коэффициента добротности.An embodiment of the inventive measuring mechanism comprising a measuring coil made in the form of sections of the winding 18 separated by radial clearances wound around frame elements in the form of annular sectors shown in Figs. 6-10 has the same advantages over the known mechanism as the first embodiment of the inventive measuring the mechanism shown in figures 1-5, but allows you to further reduce the mass of the movable part of the measuring mechanism to further increase its quality factor.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006128523/28A RU2328001C2 (en) | 2006-08-04 | 2006-08-04 | Measurement device of electric gauge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006128523/28A RU2328001C2 (en) | 2006-08-04 | 2006-08-04 | Measurement device of electric gauge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006128523A RU2006128523A (en) | 2008-02-10 |
| RU2328001C2 true RU2328001C2 (en) | 2008-06-27 |
Family
ID=39266011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006128523/28A RU2328001C2 (en) | 2006-08-04 | 2006-08-04 | Measurement device of electric gauge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2328001C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1160622A (en) * | 1966-03-10 | 1969-08-06 | Honeywell Inc | Improvements in and relating to Electrical Instrument Movements |
| DE1963586B2 (en) * | 1969-12-18 | 1976-07-08 | Sawod wibropribor, Kischnew (Sowjetunion) | Galvanometer with hall generator - has permanent magnet field and sensitive element |
| SU983548A1 (en) * | 1978-11-20 | 1982-12-23 | Предприятие П/Я М-5988 | Magnetoelectric measuring mechanism |
| SU1257525A1 (en) * | 1984-07-27 | 1986-09-15 | Предприятие П/Я М-5174 | Measuring mecanism of electromeasuring instrument |
| SU1325365A1 (en) * | 1985-11-13 | 1987-07-23 | Ульяновский политехнический институт | Moving-coil measuring mechanism |
| RU2118825C1 (en) * | 1996-09-24 | 1998-09-10 | Ульяновский государственный технический университет | Moving-coil instrument element |
-
2006
- 2006-08-04 RU RU2006128523/28A patent/RU2328001C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1160622A (en) * | 1966-03-10 | 1969-08-06 | Honeywell Inc | Improvements in and relating to Electrical Instrument Movements |
| DE1963586B2 (en) * | 1969-12-18 | 1976-07-08 | Sawod wibropribor, Kischnew (Sowjetunion) | Galvanometer with hall generator - has permanent magnet field and sensitive element |
| SU983548A1 (en) * | 1978-11-20 | 1982-12-23 | Предприятие П/Я М-5988 | Magnetoelectric measuring mechanism |
| SU1257525A1 (en) * | 1984-07-27 | 1986-09-15 | Предприятие П/Я М-5174 | Measuring mecanism of electromeasuring instrument |
| SU1325365A1 (en) * | 1985-11-13 | 1987-07-23 | Ульяновский политехнический институт | Moving-coil measuring mechanism |
| RU2118825C1 (en) * | 1996-09-24 | 1998-09-10 | Ульяновский государственный технический университет | Moving-coil instrument element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006128523A (en) | 2008-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7023205B1 (en) | Eddy current sensor capable of sensing through a conductive barrier | |
| JP4972098B2 (en) | Flexible precision current detector | |
| KR101679446B1 (en) | Eddy current flaw detection probe | |
| JP2643402B2 (en) | Electromagnet and method for manufacturing the same | |
| WO2006050587A1 (en) | Sensor for measuring magnetic flux | |
| RU2328001C2 (en) | Measurement device of electric gauge | |
| JP5939484B2 (en) | NMR probe device | |
| CN118409255B (en) | Magnetization measuring sensor used under pulse strong magnetic field | |
| US3113280A (en) | Electro-magnetic means for measuring a mechanical excursion | |
| CN114019220B (en) | Current detector and circuit | |
| RU2413956C1 (en) | Measuring donut coil | |
| US2465053A (en) | Eccentric moving coil electrical | |
| Tu et al. | Study on the effect of temperature on magnetization of permanent magnet | |
| US1942384A (en) | Method of and instrument for measuring surge currents | |
| Prakash et al. | Design and development of Rogowski coil sensors for eddy currents measurement on toroidal vessel | |
| US1633912A (en) | Indicating ohmmeter | |
| Lee et al. | Precise ratio transformer: a new concept of the magnetic system | |
| US2889520A (en) | Moving magnet meter movement | |
| RU2097779C1 (en) | Device for measurement of transformer magnetic leakage field | |
| RU2253876C2 (en) | Device for measuring magnetic values of intensity, induction or flux | |
| CN115452222B (en) | Alternating focusing magnetic field excitation device applied to shafting torque measurement | |
| US3155905A (en) | Iron vane type electrical indicating instrument with magnetic damping means and including fixed vane and coil adjustment means | |
| RU2272998C2 (en) | Electromagnetic flow meter | |
| JP2013100995A (en) | Specimen support of core loss measuring apparatus, and core loss measuring apparatus | |
| RU2073234C1 (en) | Indestructible electromagnetic method for ferromagnetic materials parameters testing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100805 |