Индукционный датчик линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель - расширение области использования индукционного датчика линейных перемещений путем обеспечения измерения с его помощью перемещений нескольких объектов контроля. Датчик содержит -образный магнитопровод 1, размещенные на его коленах секции 2 и 3 обмотки возбуждения, соединенные параллельно и установленные с возможностью совместного линейного перемещения вдоль соответствующего свободного конца магнитопровода пару секций 4 и 5 измерительной катушки, связываемых в процессе измерения с контролируемым объектом. Дополнительный магнитопровод 6 прикреплен одним из своих колон к колену основного магнитопровода 1. На общем их колене размещена дополнительная секция обмотки возбуждения, соединенная последовательно с основной секцией 3, а на втором колене размещена вторая дополнительная секция 7 обмотки возбуждения, подключенная параллельно второй основной секции 2 обмотки возбуждения. Пара секций 8 и 9 дополнительной измерительной катушки связываются кинематически со вторым контролируемым объектом. Пары секций обеих измерительных катушек соединены последовательно, что позволяет алгебраически суммировать перемещение обоих объектов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений объектов в различных отраслях техники.

Известны индуктивные преобразователи, у которых магнитная цепь развита в длину и может составлять от десятков до тысяч миллиметров. Магнитопровод таких преобразователей имеет П-образную форму, обмотка возбуждения размещена в основании магнитопровода, а измерительная обмотка с возможностью осевого перемещения - на одном из его стержней. Поскольку магнитная проводимость воздушного зазора распределена вдоль стержня, магнитная индукция в самих стержнях изменяется вдоль их длины. Величина индуктируемой в измерительной катушке ЭДС зависит от положения ее на магнитопроводе и является мерой ее перемещения [1].

Однако при выполнении таких датчиков с большим ходом подвижной части появляются амплитудная и фазовая погрешности, что объясняется отсутствием симметрирования магнитной системы и что приводит к снижению точности датчиков.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является индукционный датчик перемещений, содержащий S-образный магнитопровод, двухсекционную обмотку возбуждения, секции которой соединены параллельно и размещены на разных коленах магнитопровода, и двухсекционную измерительную катушку, секции которой соединены последовательно-встречно и установлены с возможностью совместного линейного перемещения вдоль соответствующего свободного конца магнитопровода [2].

Однако этот датчик не позволяет одновременно измерять перемещения нескольких объектов.

Цель изобретения - расширение области использования путем обеспечения одновременного измерения перемещений нескольких объектов.

Положительный эффект изобретения состоит в возможности одновременного измерения перемещений нескольких объектов.

Поставленная цель достигается тем, что индукционный датчик перемещений, содержащий S-образный магнитопровод, двухсекционную обмотку возбуждения, секции которой соединены параллельно и размещены на разных коленах магнитопровода, и двухсекционную измерительную катушку, секции которой соединены последовательно-встречно и установлены с возможностью совместного линейного перемещения вдоль соответствующего свободного конца магнитопровода, датчик снабжен дополнительными S-образными магнитопpоводами, которые соединены между собой и с основным магнитопроводом одним из колен, установленными на их свободных концах с возможностью линейного перемещения дополнительными парами секций измерительных катушек, соединенных дифферен- циально, и размещенными на их вторых коленах дополнительными секциями обмотки возбуждения. При этом размещенные на общем колене всех магнитопроводов секции одной из основных и дополнительных обмоток возбуждения соединены между собой согласно последовательно, а размещенные на вторых коленах каждого магнитопровода секции дополнительных обмоток возбуждения соединены между собой параллельно, и подключены параллельно второй основной секции обмотки возбуждения, а соответствующие пары измерительных катушек соединены последовательно.

На фиг.1 схематично показан индукционный датчик перемещений, общий вид; на фиг. 2 - вид в плане, датчик для измерения перемещения четырех объектов контроля.

Индукционный датчик содержит S-образный магнитопровод 1, набранный из листовой электротехнической стали, обмотку возбуждения, секции 2 и 3 которой размещены на коленах магнитопровода 1, и двухсекционую измерительную катушку, секции 4 и 5 которой соединены последовательно - встречно и установлены с возможностью совместного линейного перемещения вдоль соответствующего свободного конца магнитопровода. Датчик снабжен дополнительным S-образным магнитопроводом 6, который соединен одним из колен с коленом основного магнитопровода 1, дополнительной секцией 7 обмотки возбуждения, размещенной на свободном колене дополни- тельного магнитопровода 6, дополнительной измерительной катушкой, пара секций 8 и 9 которой соединена между собой дифференциально и установлена с возможностью совместного линейного перемещения вдоль соответствующего свободного конца дополнительного магнитопровода 6.

Размещенные на отдельных коленах магнитопроводов основная 2 и дополнительная 7 секции обмотки возбуждения соединены между собой параллельно, а размещенные на общем колене магнитопроводов основная и дополнительная секции 3 обмотки возбуждения соединены согласно последовательно. Вследствие этого число витков в объединенной секции 3 вдвое больше, чем в каждой из секций 2 или 9, размещенных на отдельных коленах магнитопроводов.

При числе дополнительных магнитопроводов большем единицы (например, трех, как показано на фиг.2) магнитопровод датчика имеет вид симметричной звезды, лучами которой являются S-образные магнитопроводы, соединенные между собой общим коленом. В этом случае число витков в секции обмотки возбуждения, размещенной на общем колене магнитопроводов, в n раз больше, чем в каждой из секций, размещенных на отдельных коленах магнитопроводов, где n - число всех S-образных магнитопроводов в магнитопроводе датчика.

Индукционный датчик работает следующим образом.

При питании обмотки возбуждения напряжением переменного тока в S-образных магнитопроводах возникают магнитные потоки Ф₁, Ф₂, Ф₃ и Ф₄, которые замыкаются по магнитопроводу через равномерные воздушные зазоры δ, пересекая при этом витки соответствующих измерительных катушек. В результате этого на выходных зажимах измерительных катушек наводятся ЭДС, амплитуда которых зависит от расстояния l_i оси измерительной катушки от электромагнитной нейтрали 0₁0₁ или 0₂0₂ соответствующего S-образного магнитопровода.

Так как в каждой паре измерительные катушки соединены последовательно, то суммарная ЭДС Е_I, Е_II, в соответствующих парах: Е_I = Е₁ + Е₂, Е_II = Е₃ + Е₄, где Е₁, Е₂, Е₃, Е₄ - ЭДС, индуктируемые в отдельных измерительных катушках.

Зависимость между перемещением l подвижных парных катушек, связанных с контролируемым объектом, и индуктируемыми в них ЭДС имеет линейный характер.

Фаза ЭДС меняется на 180^о при прохождении модуля ее через нуль, но остается постоянной при любых положениях подвижных катушек по одну сторону от нейтральной оси 0₁0₁(0₂0₂), т.е. при соответствующих перемещениях одного знака.

Работа индукционного датчика, изображенного на фиг.2, происходит аналогично. Когда пары измерительных катушек 4,8 и 14, 15 находятся на одинаковом расстоянии от соответствующих секций измерительной обмотки, индуктируемые в них ЭДС равны по модулю и суммарное перемещение равно нулю. Если перемещения подвижных катушек не одинаковы, на выходе датчика получают сигнал, равный разности индукти- руемых в этих катушках ЭДС, соответствующего знака.

Индукционный датчик может быть выполнен для измерения как больших, так и малых перемещений.

Формула изобретения

1. ИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий -образный магнитопровод, двухсекционную обмотку возбуждения, секции которой соединены параллельно и размещены на разных коленах магнитопровода, и двухсекционную измерительную катушку, секции которой соединены последовательно встречно и установлены с возможностью совместного линейного перемещения вдоль соответствующего свободного конца магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования путем обеспечения одновременного измерения перемещений нескольких объектов, он снабжен дополнительными -образными магнитопроводами, которые соединены между собой и с основным магнитопроводом одним из колен, установленными на их свободных концах с возможностью линейного перемещения дополнительными парами секций измерительных катушек, соединенных дифференциально, и размещенными на их коленах дополнительными секциями обмотки возбуждения, размещенные на общем колене всех магнитопроводов секции одной из основных и дополнительных обмоток возбуждения соединены между собой согласно последовательно, а размещенные на вторых коленах каждого магнитопровода секции дополнительных обмоток возбуждения соединены между собой параллельно и подключены параллельно второй основной секции обмотки возбуждения.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что, с целью измерения относительного перемещения двух объектов, соответствующие пары измерительных катушек соединены последовательно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2