Патент ссср 159744

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТЛ 1ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК описание

И ЗОБ РЕТЕН ИЯ

К АвторСК0М С1ЗИДЕПЛЬСтВ № 159744

Класс

74b, 8: ф Ъ, «»

/»:--

»»,»

МПК

G 08с

Заявлено 28.VII.)961 (Л 7403!9(26-10) ГОСУДАРСТВЕННЫИ

КОМИТЕТ lIO ДЕЛЛМ

ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

СССР

Опубликовано 28.Х11.1963. Бюллетень № 1

Подписная группа Л3 157

В. И. Добреньков

ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИИ С МАГНИТНЫМ УСИЛЕНИЕМ

Известны конструкции индуктивных датчиков больших и малых перемещений, содержащие магнитэпровод, якорь, измерительные обмотки и обмотку возбуждения. Известны также индукционные датчики, содержащие два магнитопровода с расположенными на них катушкой возоуждения и измерительной катушкой, сигналы которой усиливаются магнитным усилителем. Однако известные датчики не обладают достаточной чувствительностью.

Отличительная особенность описываемого датчика перемещений с магнитным усилением состоит в выполнении магнитопровода серпообразной формы, состоящим из двух частей, каждая из которых снабжена окном с расположенными в нем катушками подмагничивания и питаемыми током или напряжением, изменяющимися в обмотке возбуждения во время работы датчика.

Сущность изобретения состоит также и в том, что для усиления сигнала используют второй датчик, имеющий в каждом окне магнитопровода по две катушки подмагничивания. Одна пара катушек питается от измерительных обмоток, вторая — от обмотки возбуждения предыдущего датчика.

Особенностью указанного датчика является также якорь, выполненный из двух одинаковых половин, и выполнение магнитопровода с одним окном или без окна. Катушки подмагничивания размещают на магнитопроводе.

Одну часть магнитопровода выполняют изогнутой.

Это позволяет усилить сигнал, повысить чув. ствительность датчика, расширить область его применения и упростить конструкцию.

На фиг. 1 показано принципиальное устроиство и схема датчика, имеющего одну обмотку подмагничивания; на фиг. 2 — принципиальное устройство и схема каскадного соединения двух датчиков, магнитопроводы которых имеют окна для размещения обмоток подмагничивания; на фиг. 3 — принципиальное устройство и схема датчика, якорь которого состоит из двух отдельных частей, а магнитопро. вод снабжен дополнительными обмотками для создания начального подмагничивания (смещения) .

Датчик имеет магнитопровод 1 из ферромагнитного материала серпообразной формы, который состоит из двух участков 2 и 8, и якорь 4 из того же материала. На участке 3 магнитопровода расположена обмотка возбуждения 5, измерительная обмотка б и обмотка 7 подмагничивания. На участке 2 ма"нитопровода расположена измерительная обмотка 8. Между якорем 4 и магнитопроводом

1 сделан зазор 9.

На фиг. 1 схема датчика показана для варианта питания обмотки 5 возбуждения от источника переменного тока (не показан), стабилизированного по току, подключенного к зажимам 10. Нагрузка присоединяется к дифференциально включенным измерительным обмоткам б и 8 через зажимы 11. № 159744

Датчик раоотает следующим образом. При изменении зазора 9 в результате приложенного воздействия изменяется потокосцепление обмотки возбуждения и, следовательно, ее индуктивное сопротивление. Так как ток, проходящий через обмотку возбуждения, стабилен по величине, меняется напряжение на зажимах 10, которое через выпрямитель 12 подается на обмотку 7 подмагничивания. Магнитодвижущая сила (м. д.с.) этой обмотки и материал магнитопровода датчика выбираются так, чтобы при уменьшении зазора 9 и увеличении напряжения на зажимах 10, а следовательно, и тока подмагничивания магнитная проницаемость участка 8 магнитопровода возрастала.

При этом э.д,с. обмотки б будет резко расти за счет увеличения охватываемого ею переменного магнитного потока, вследствие уменьшения магнитного сопротивления материала магнитопровода и якоря, в связи с возрастанием их магнитной проницаемости, а также уменьшения воздушного зазора, B этом случае э.д. с. обмотки 8 оудет изменяться обратно изменению э.д.с, обмотки б, то есть при уменьшении зазора 9 величина ее будет падать вследствие шунтирующего действия якоря. Результирующая э. д. с. на зажимах 11 оудет возрастать при уменьшении зазора 9 и уменьшаться при его увеличении.

Однако датчик с таким устройством несовершенен: в обмотке подмагничивания трансформируется переменная э. д. с.; часть потока подмагничивания ответвляется в участок 2 магнитопровода. Все это отрицательно сказывается на работе датчика.

Конструкция улучшенного датчика показана на фиг. 2.

В отличие от датчика, показанного на фиг.1, магнитопровод 18 датчика на фиг. 2 (слева), состоящий из участков 14 и 15, имеет окна

1б и 17, в которых размещают обмотки 18 и 19 подмагничивания, состоящие из двух секций

18а, 18б и 19а, 19б. Секции обмоток выполняют и соединяют таким образом, чтобы индуктируемые в них э. д. с. были равны между собой и противоположны по фазе. Таким образом, действие их нейтрализуется. Рабочая точка на кривой намагничивания и режим работы обмотки 18а подмагничивания выбирают таким образом, чтобы их действие на участок

14 магнитопровода 18 было противоположным действию обмотки 19 подмагничивания на участок 15 магн попровода, то есть магнитная проницаемость участков 14 и 15 магнитопровода 18 при работе датчика должна изменяться в противоположную сторону: при увеличении магнитной проницаемости участка 14 магнитная проницаемость участка 13 должна уменьшаться и наоборот.

Магнитные потоки, создаваемые обмотками

18 и 19 подмагничивания, замыкаются в частях 14 и 15 магнитопровода, как это показаli0 на фиг. 2 стрелками 20 и 21. Схема датчика дана для случая питания его от стабилизированного источника (не показан) переменного тока, который подключается к зажимам 22.

На фиг. 2 также показан датчик аналогичной конструкции, но с измененной формой магнитопровода 28 и, кроме того, имеющий в каждом из окон по две обмотки 24, 25 и 2б, 27 подмагничивания, одна из которых питается от цепей возбуждения, а другая — от соответствующей измерительной обмотки первого датчика.

Обмотки подмагничивания 24 и 25, 2б и 27 могут быть включены как согласно, так и встречно в зависимости от свойства материала магнитопровода. Их взаимное действие должно обеспечивать такое изменение магнитной проницаемости соответствующих участков магнитопроводов, которое обеспечило бы при уменьшении зазора 28 рост э. д. с. измерительной обмотки 29 и уменьшение э.д.с. измерительной обмотки 30.

Якоря 81 и 82 в обоих датчиках должны быть при совместной работе жестко соединены между собой и воспринимать одно и то же воздействие. Напряжение с измерительных обмоток 29 и 30 датчика может быть подано к потребителю или использовано для подмагничивания следующего каскада.

Каскад датчиков работает следующим образом. При изменении зазора 28 между якорями 81 и 82 датчиков и их магнитопроводами

18 и 28 изменяется индуктивное сопротивление обмоток возбуждения 88 и 84. Вместе с этим меняется и напряжение на зажимах 22, к которым подключен источник питания, стабилизированный по току. Вследствие изменения напряжения на зажимах 22 изменяются м. д. с. обмоток подмагничивания 18, 19, 24 и

25, подключенных через выпрямитель 35 к зажимам 22. Одчовременно с этим изменяются э. д. с. измерительных обмоток 86 и 87, которые через выпрямители 88 и 89 питают обмотки подмагничивания 2б и 27.

Таким образом, магнитная проницаемость магнитопровода второго датчика будет изменяться за счет суммарного действия обмоток подмагничивания 24, 25 и 26, 27. Изменения э. д, с, измерительных обмоток 29, 80 второго датчика будут вследствие этого более сильными, чем изменения э. д. с. измерительных оомоток 3б и 37 первого датчика, На фиг. 3 показан датчик, якорь которого состоит из двух частей 89 и 40. В каждом из окон 41 и 42 магнитопровода 48 расположены по две обмотки 44, 45 и 4б, 47 чодмагничивания. Обмотки 44 и 45 подмагничиванпя питаются через выпрямитель 48 последовательно с обмоткой возбуждения 49, пита|ощейся в свою очередь от источника (не показан) стабилизированного переменного напряжения, подключенного к зажимам 50. Обмотки 44 и

4б подмагничивания питаются от стабилизированного источника (не показан) постоянного тока, то есть Нх м. д.с. постоянны. Если материал магнитопровода таков, что его магнитная проницаемс сть уменьшается с росто. | магнитной индукции, то обмотки 44 и 45 включают таким ооразом, чтобы их м. д. с. складывались, а обмотки 4б и 47 включают встречно, то есть их м. д, с. вычитаются. При этом м. д. с. оо;,!QTKH 47 должна быть всегда больше м.д. с. обмотки 4б.

В этом варианте датчик может быть использован для разбраковки деталей по пх магнитным свойствам. Измерения можно I!роизводить следующим образом. Одна из частей якоря служит эталоном, на месте другой егочасти устанавливают деталь, ма|нитную проницаемость которой надо измерить. Измерительные обмотки 51 и 52 включают встречно.

При отклонении магнитных свойств испытуемой детали от нормы изменяется индуктивное сопротивление обмотки 49 возбуждения.

Л так как напряжение на пей стабильно, то изменится протекающий по ней ток. В результате изменяется и. д. с. обмоток 44 и 4б подмагничивания, питаемы-, последовательно с обмоткой возбуждения. Эти изменения вызовут, в сзою очередь, противоположные изменения магнитной проницаемости частей 58 I!

54 магнитопровода. По отк..онениям суммарной э. д. с. измерительных обмоток 51 и 52 можно судить о магнитных свойствах испытуемых деталей. № 159741

П р е .-д м с т и 3 о б р е т е н и я

1. Датчик перемещений с магнитным усиле|и|ем, содер ка!.,i и:| li.Iïïопровод, обмотку возбуждения. две измерителы|ые обмотки, IIIIтаемые от источника тока со стабилизированным напряжен. |ем через выпрямители, як= рь,:и;c . Iz II I! i!:.Ii соединяемый с об bcliTO)I измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, его магнитопровод имеет серпообразную форму и состоит из двух частей, каждая из которых снабжена окном для размещения катушек подмагничивания, питаемых через выпрямитель током, изменяющимся в обмотке возбужде п|я в процессе раооты датчика.

2. Датчик перемещений лением по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью дополнительного успле|и|я сигнала, к нему подключен второй датчик, содержащий по две катушки подмагннчивания, размещенные в каждом окне магнитопровода, одна пара которых ппт:.ется черc3 выпрямители от нзмерптелы .ых обмсток, а вторая пара — соответствеп о от обмотки возоуждения предыдущего дат пка.

3. Датчик геремещcннй с магнитным 3 ci!лсннем по пп. 1, 2, от Iнч аю:цпйся тем, чго, с целью расширен||я области пг и .енс|шя, l якорь датчика выполнен разрезным |;и две равные части.

4. Датчик перемещений с магнитныз| усилением по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что, с цел|но упроще|и|я конструкции, его магнитопровод выполнен с одним окном нлп без него, при этом катушка подмагни |иванич размещается на соответствующей части магнитопровода. № 159744

3 4 я б

;и ф "л /

37 Я 30 74 Л D 3331 .?3594445-,!7 40 4647

42 гы

Составитель Ю. И. Теснек

Редактор И. Дуб!говскаи Текрсд Т. П. Курилко Корректор Ю. М, Федулова

Поди. к пси. !2, I! — 64 г Формат бум. 60 >< 001/ц Объем 0,47 изд. л.

".як. 3624, !4 "Гвряж !000 Цена 5 коп.

ЦНИИПИ Государственного ко.",.итета п< делам изобретений и открытий СССР

Москва, Центр, проезд Серова, дом, 4

Типографии, пр. Сапунова, 2