Индукционный датчик линейных перемещений

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в системе управления электрогидравлических и электромеханических приводов летательных аппаратов. Сущность: датчик содержит катушку, состоящую из двух измерительных обмоток и обмотки возбуждения, намотанных на каркасе из немагнитного материала, сердечник, выполненный из магнитомягкого материала, который соединен механически с контролируемым объектом посредством немагнитного штока. Каждая из измерительных обмоток выполнена ступенчато по всей длине каркаса и имеет два ряда витков провода, намотанных равномерно по всей длине. Обмотка возбуждения намотана поверх измерительных обмоток. Измерительные обмотки выполнены по дифференциальной схеме. Технический результат: уменьшение габаритов датчика, возможность точной регулировки крутизны выходной характеристики, исключение погрешности выходной характеристики, вызываемой колебаниями напряжения питания датчика. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в системе управления электрогидравлических и электромеханических приводов летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных звеньев.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению прототипом является индукционный датчик линейного перемещения со стальным немагнитным штоком (см. Патент RU 2367901 С1).

Недостатком известного устройства является низкий коэффициент заполнения намоточного окна, что увеличивает габариты датчика. Это обусловлено тем, что каждая измерительная обмотка расположена только на половине длины каркаса, а средняя часть намоточного окна остается незаполненной. Также в известном устройстве не обеспечивается возможность суммирования напряжений, снимаемых с измерительных обмоток датчика. Выполнение условия по поддержанию одинакового значения суммарного сигнала измерительных обмоток на всем диапазоне перемещения сердечника необходимо для обеспечения линейности преобразования выходных напряжений датчика при их обработке рядом микросхем. Также недостатком данного устройства являются высокие требования к качеству напряжения питания U_пит датчика. Это является следствием того, что при той схеме датчика, по которой выполнено известное устройство, выходной характеристикой датчика является:

Y=U1-U2

При нестабильном напряжении питания U_пит напряжения U1 и U2 на измерительных обмотках меняются, что вносит дополнительную погрешность в выходную характеристику Y.

Технической задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная задача в части уменьшения габаритов решается путем изменения схемы намотки катушки для более эффективного использования намоточного окна. Также для обеспечения точной регулировки крутизны выходной характеристики Y в измерительные обмотки были добавлены два ряда витков, намотанных равномерно по всей длине каркаса. Задача по уменьшению зависимости выходной характеристики от качества напряжения питания решается применением другой схемы обработки напряжений, снимаемых с измерительных обмоток датчика, для чего измерительные обмотки были выполнены дифференциально.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на Фиг. 1.

Индукционный датчик линейных перемещений содержит катушку, внутри которой помещен подвижный сердечник 4, выполненный из магнитомягкого материала, который соединен механически с контролируемым объектом при помощи штока 6.

Катушка состоит из обмотки возбуждения 1 и двух измерительных обмоток 2, 3. Обмотки намотаны следующим образом. На каркас 5 из немагнитного материала наматывается измерительная обмотка 3. Первые два ряда витков наматываются равномерно по всей длине каркаса. Последующие ряды наматываются таким образом, что число витков в каждом последующем ряду меньше, чем в предыдущем, на равную для всех рядов обмотки величину и зависит от размеров намоточного окна, а также требуемой величины напряжения U1 и его приращения в зависимости от положения сердечника.

Измерительная обмотка 2 наматывается поверх измерительной обмотки 3, причем число витков в каждом последующем ряду больше, чем в предыдущем, на величину, равную величине уменьшения числа витков измерительной обмотки 3. Последние два ряда витков измерительной обмотки 2 наматываются равномерно по всей длине каркаса.

Первые два ряда измерительной обмотки 3 и последние два ряда измерительной обмотки 2 выполняются равномерно по всей длине каркаса таким образом, чтобы количество витков в этих рядах было одинаковым для обеих измерительных обмоток.

Более эффективное использование объема катушки позволяет уменьшить габаритные размеры датчика.

Обмотка возбуждения 1 наматывается поверх измерительных обмоток 2 и 3. Намотка обмотки возбуждения 1 производится равномерно по всей длине каркаса 5. Этим обеспечивается уменьшение габаритов обмотки возбуждения 1 при том же потребляемом токе возбуждения за счет увеличения длины среднего витка.

Выходной характеристикой датчика Y является отношение разности напряжений, снимаемых с измерительных обмоток, к их сумме.

Y=U1-U2/U1+U2

Намотка двух рядов в каждой измерительной обмотке 2, 3 равномерно по всей длине каркаса позволяет производить точную регулировку крутизны выходной характеристики Y посредством изменения количества витков в этих рядах и, как следствие, изменения величины суммы напряжений (U1+U2).

Варианты схем электрических индукционного датчика представлены на Фиг. 2 и Фиг. 3.

Датчик работает следующим образом.

На обмотку возбуждения 1 подается напряжение питания переменного тока U_пит, по ней начинает протекать переменный ток, который создает магнитный поток. Сердечник 4 усиливает магнитный поток, создаваемый в обмотке возбуждения 1, и концентрирует его в пространстве вокруг сердечника. При нулевом положении сердечника наводимые в измерительных обмотках 2, 3 токи равны по значению, но противоположны по фазе. При перемещении подвижной части из нулевого положения равновесие нарушается - выходное напряжение одной измерительной обмотки каждого выхода датчика уменьшается, другой - увеличивается.

Более эффективное использование объема катушки позволяет уменьшить габаритные размеры датчика. Намотка двух рядов в каждой измерительной обмотки равномерно по всей длине каркаса позволяет производить точную регулировку крутизны выходной характеристики Y. Дифференциально выполненные измерительные обмотки в совокупности с примененной схемой намотки, обеспечивающей постоянную сумму выходных напряжений U1+U2 на всем ходе сердечника, позволили применить схему обработки выходных напряжений, при которой выходной характеристикой датчика является отношение разности напряжений, снимаемых с измерительных обмоток, к их сумме. Данная обработка обеспечивает стабильность выходной характеристики и не зависит от колебаний напряжения питания.

Описанное устройство, испытанное в лабораторных и промышленных условиях, обеспечивало требуемые характеристики при уменьшении габаритов датчика.

Индукционный датчик линейных перемещений, содержащий катушку, состоящую из двух измерительных обмоток и обмотки возбуждения на каркасе из немагнитного материала, сердечника, выполненного из магнитомягкого материала, который соединен механически с контролируемым объектом посредством немагнитного штока, отличающийся тем, что каждая из измерительных обмоток выполнена ступенчато по всей длине каркаса, а обмотка возбуждения намотана поверх измерительных обмоток, измерительные обмотки выполнены по дифференциальной схеме и имеют по два ряда витков провода, намотанных равномерно по всей длине, в результате указанных изменений уменьшились габариты датчика, появилась возможность точной регулировки крутизны выходной характеристики и возможность применения схемы обработки, в которой выходная характеристика не зависит от напряжения питания.