Датчик перемещений трансформаторного типа

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью - расширение функциональных возможностей датчика угловых перемещений путем одновременного измерения угловых перемещений двух соосно расположенных валов. Датчик перемещений содержит неподвижный магнитопровод, выполненный в виде трех параллельных витков, соединяющих их Ш-образную ферромагнитную перемычку и два подвижных ферромагнитных сердечника. На каждом из витков магнитопровода равномерно распределена соответствующая измерительная обмотка. Пары этих обмоток соединены дифференциально. Обмотка возбуждения размещена на среднем выступе перемычки. При угловых перемещениях подвижных ферромагнитных сердечников на выходных зажимах датчика наводится ЭДС, величина которой пропорциональна алгебраической сумме углов поворота контролируемых валов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как для раздельного контроля угловых перемещений, так и для измерения взаимных угловых перемещений двух вращающихся объектов.

Известен преобразователь перемещений, магнитопровод которого имеет форму буквы П с длинными, параллельными друг другу стержнями прямоугольного сечения. На коротком основании магнитопровода намотана обмотка возбуждения, а измерительная обмотка равномерно распределена вдоль одного из длинных стержней магнитопровода. Между длинными стержнями магнитопровода с некоторым воздушным зазором размещается подвижной ферромагнитный сердечник, который может перемещаться вдоль стержней [1].

Известен трансформаторный датчик угла поворота вала, содержащий неподвижный магнитопровод, выполненный в виде двух незамкнутых, установленных соосно и параллельно одна другой кольцевых ветвей и соединяющей эти ветви крестообразной перемычки, П-образный ротор, предназначенный для связи с контролируемым валом, обмотку возбуждения и измерительную обмотку, датчик снабжен вторым П-образным ротором, предназначенным для связи со вторым вращающимся валом, двумя дополнительными незамкнутыми кольцевыми магнитопроводящими ветвями, прикрепленными своими концами к концам его первых двух кольцевых ветвей, и второй обмоткой возбуждения, присоединенной параллельно первой, измерительная обмотка размещена на крестообразной перемычке, а обмотки возбуждения - с зазором на перемычках П-образных роторов [2].

Недостатками известного датчика являются сложность и громоздкость его конструкции (четыре, расположенные в два ряда кольцевых ветви). Кроме того, датчик предназначен для контроля угловых перемещений двух параллельных валов, а осуществлять контроль валов, расположенных соосно, он не позволяет.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик перемещений трансформаторного типа, содержащий неподвижный магнитопровод с равномерно расположенными на нем дифференциальными измерительными обмотками и обмоткой возбуждения и подвижной сердечник, который при перемещении замыкает магнитную цепь магнитопровода, выполненного в виде двух витков, при этом обмотка возбуждения размещена на межвитковой перемычке, расположенной перпендикулярно к плоскости витков и параллельно подвижному сердечнику [3].

Однако известный датчик не позволяет одновременно измерять угловые перемещения двух соосных валов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей трансформаторного датчика перемещений путем одновременного измерения угловых перемещений другого соосно расположенного вала.

Это достигается тем, что в датчике перемещений трансформаторного типа, содержащем выполненный в виде двух витков неподвижный магнитопровод с равномерно расположенными на нем дифференциальными измерительными обмотками, расположенный между витками подвижный сердечник, предназначенный для связи с контролируемым валом, обмотку возбуждения и расположенную перпендикулярно к плоскости витков и параллельно подвижному сердечнику ферромагнитную перемычку между витками магнитопровода, неподвижный магнитопровод снабжен третьим витком с измерительной обмоткой, а датчик - вторым подвижным сердечником, расположенным между вторым и третьим витками и предназначенным для связи с другим контролируемым валом, обмотка возбуждения размещена на прямолинейном участке среднего витка, ферромагнитная перемычка Ш-образно соединяет между собой три витка магнитопровода, а средний его виток выполнен в виде ферромагнитного обода неферромагнитного колеса.

Такое выполнение датчика расширяет его функциональные возможности за счет одновременного измерения угловых перемещений другого соосно расположенного вала.

На фиг. 1 изображен датчик перемещений трансформаторного типа, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Датчик перемещений содержит выполненный в виде двух витков неподвижный магнитопровод 1, на котором равномерно расположены дифференциально соединенные измерительные обмотки 2 и 3, установленный между витками и предназначенный для связи с контролируемым валом подвижный сердечник 4. Неподвижный магнитопровод снабжен третьим витком с измерительной обмоткой 5, вторым подвижным сердечником 6, расположенным между вторым и третьим витками и предназначенным для связи с другим контролируемым валом. Все витки соединены между собой Ш-образной ферромагнитной перемычкой 7, а обмотка 8 возбуждения установлена на ее среднем выступе.

Перемычка 7 расположена перпендикулярно к плоскости витков и параллельно подвижным сердечником 4 и 6. Между свободными торцами витков и перемычкой 7 имеются воздушные промежутки. Каждая из измерительных обмоток 2, 3 и 5 равномерно распределены на соответствующем витке магнитопровода. Ферромагнитные сердечники 4 и 6 имеют возможность вращаться вокруг общей оси витков в плоскости, параллельной плоскости витков.

В средний виток неподвижного магнитопровода может быть встроен неферромагнитный диск 9, являющийся опорой для концов валов, связанных с ферромагнитными сердечниками 4 и 6. Это повышает надежность работы датчика.

Работа датчика перемещений происходит следующим образом.

Рабочие магнитные потоки Φ₁ и Φ₂ (фиг.1) замыкаются по пути, показанному на чертеже штриховыми линиями. При угловом перемещении ±α первого контролируемого вала и связанного с ним сердечника 4 магнитный поток Φ₁ наводит в дифференциальных измерительных обмотках 2 и 3 ЭДС, пропорциональную угловому перемещению α. Аналогично при угловом перемещении ±β второго контролируемого вала и связанного с ним сердечника 6 магнитный поток Φ₂ наводит в дифференциальных измерительных обмотках 3 и 5 ЭДС, пропорциональную угловому перемещению β. Суммарный выходной сигнал будет равен алгебраической сумме этих ЭДС.

По полученной информации можно судить как о перемещении каждого объекта в отдельности, так и об их относительном угловом перемещении. Это позволяет расширить функциональные возможности датчика перемещений.

В предложенном датчике длина пути по стали для рабочих магнитных потоков Φ₁ и Φ₂ остается неизменной при любом положении подвижной части, благодаря чему обеспечивается постоянство магнитного сопротивления стального участка цепи рабочих магнитных потоков. Следовательно, величина магнитного потока не изменяется при любом положении подвижных ферромагнитных сердечников 4 и 6, что обеспечивает постоянство чувствительности датчика как по модулю, так и по фазе.

Датчик перемещений имеет высокую чувствительность и обеспечивает высокую степень линейности, а также неизменность фазы выходной ЭДС, что достигается симметрированием его магнитной системы путем выполнения неподвижного магнитопровода из трех витков, при этом средний виток является общим для магнитных потоков Φ₁ и Φ₂ и поэтому выполняется с большим по сравнению с остальными витками поперечным сечением. Особенностью данного датчика является также то, что в нем рабочие магнитные потоки Φ₁ и Φ₂ сцеплены с витками одной и той же измерительной обмотки 3, поэтому для дифференциального включения трех измерительных обмоток, необходимо, чтобы каждая из крайних измерительных обмоток 2 и 5 была включена встречно по отношению к средней измерительной обмотке 3.

Формула изобретения

1. ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРНОГО ТИПА для измерения угловых перемещений, содержащий выполненный в виде двух ферромагнитных витков неподвижный магнитопровод, равномерно распределенные на них две дифференциально соединенные измерительные обмотки, расположенные между витками магнитопровода и предназначенный для связи с контролируемым валом подвижный сердечник, обмотку возбуждения и расположенную перпендикулярно к плоскости витков этой обмотки и параллельно подвижному сердечнику ферромагнитную перемычку, связывающую витки магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем одновременного измерения угловых перемещений другого соосно расположенного вала, он снабжен третьим ферромагнитным витком с размещенной на нем измерительной обмоткой и вторым подвижным сердечником, расположенным между вторым и третьим витками и предназначенным для связи с другим контролируемым валом, ферромагнитная перемычка выполнена Ш-образной, а обмотка возбуждения размещена на ее среднем выступе.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что второй виток неподвижного магнитопровода выполнен в виде ферромагнитного обода неферромагнитного кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2