Датчик угловых перемещений

Изобретение относится к измери -тельной технике и может быть исполь-,зовано в системах автоматическогоконтроля и регулирования.Целью изобретения является ловышение точности путем уменьшенияреактивного момента и ухода нулевыхзначений реактивного момента и выходного напряжения.Иа фиг.представлен датчик, . Ообщий вид; на,фиг. 2 - то же, видсбоку,Датчик содержит ротор 1, представляющий симметричное относительнонейтральной оси О-О ферромагнитное 5тело и статор 2, выполненный из Ш-образного магнитопровода 3, на стержнях 4, 5 и 6 которого расположеныкатушки обмотки возбуждения 7 и выходной обмотки 8 и 9. Последняя 20представляет собой две встречновключенные катушки 8 и 9 крайнихстержней 4 и 6 магнитопровода 3.. Ш"образный магнитопровод 3 выполненнз ферромагнитного материала. Грани 25О магнитолровода 3, кроме выходящихв рабочий воздушный зазор 1, имеютпокрытие 32 иэ материала с малымэлектросопротивлением, при этом покрытие 2 имеет разрывы на одном или. 30нескольких ребрах 3. Роторвыполнен также из ферромагнитного мате- .риала с покрытием 5 граней, кромевыходящих в воздушный зазор . Покрытие 34 имеет разрывы на одном илинескольких ребрах 6,Датчик работает следующим образом.При подаче напряжения на обмотку возбуждения 7 етатора 2 возникает магнитный поток, наводящий ЭДС в катупжах вькодной обмотки 8 и 9. При симметричном относительно нейтральной осн 0"О положении роторав катушках 8. и 9 крайних стержней 4 и 6 наводятся равные по величине ЗДС, фазы которых противоположны за счет встречного включения катушек 8 и 9. Это положение роторасоответствует минимальному выходному сигналу и является нулевым положением 5 О выходной характеристики. Нулевое положение выходной характеристики отличается от геометрической нейтрапи эа счет погрешностей изготовления магнитопровода и наличия потоков рассеяния, влияние которых усиливается в случае выполнения датчика в минимальных габаритах, Покрытие магннтопровода материалом с малым удельным электросонротивлением приводит к ослаблению потоков рассеяния, наличие разрывов покрытия на ребрах исключает ослабление рабочего потока, проходящего через воздушный зазор, Это приводит к совпадению нулевого положения датчика с геометрической нейтралью.В отличие от известных в предлагаемом устройстве осуществляется полное экраннрование всех потоков, кроме рабочего, через воздушный зазор.При смещении ротора 1 от симметричного относительно оси 0-0 положения равенство магнитных проводимостей под крайними стержнями магнитопровода 3 нарушается, магнитный поток перераспределяется и наводит в катушках 8 и 9 обмотки разные по величине ЭДС, в результате чего наблюдается. нарастание выходного сигнала. Выходное напряжение катушек 8 н 9 обмотки определяется в соответствии с выра-жением11где У - напряжение питания;Ю и У, - числа витков обмотоквыходной и возбуждения соответственно;С и О " магнитные проводимости,определяемые выражениемС, О(г)О,+С,а"- Я" (и где С, - магнитная проводимость через.средний стержень;О, иС, - магнитные проводимости через крайние стержни.При этомО = р, Х+6 С,(х); (4)где р, - магнитная проницаемость воздуха;а - ширина крайнего стержня;1 - размеры Ш-образного магнитопровода в поперечном направлении;х - смещение ротора от нейтрального положения;Ь - величина воздушного зазора.Линейность выходной характеристики определяется степенью линейности1234 где Р - магнитный поток;Ы - угол поворота ротора;Си С - магнитные проводимости через Крайние стержни, выражения для которых приведены выше.30После подстановки выражений (4) и (5)в выражение (б) получают сР 3 --+ЬС (х)+аС (х)й г РаХЙх Б2 Р,а 1-- З 5В предлагаемом устройстве сводятся к минимуму члены ЬС, (х) и ЬС (х), зависимые от перемещения х, что приводит к уменьшению производной- + аС,( )+С,(х)1й 2 Ра 1за счет чего достигается уменьшениереактивного момента М. зависимости изменения магнитной проводимости от смещения ротора.Отклонение от линейного закона происходит вследствие дополнительных потоков рассеяния, которым соответст вуют проводимости ЬС,(х) н ьС (х), имеющие нелинейную зависимость от перемещения х.В предлагаемом устройстве осуществляется экранирование всех потоков 1 О рассеяния, кроме рабочего потока воздушного зазора, в том числе и экранирование потоков, которым соответству,ют магнитные проводимости ЬС,(х) и дС (х), и таким образом обеспечивает ся .высокая линейность выходной характеристики.уменьшение реактивного моментадостигается за счет уменьшения зависимости суммарной магнитной проводимости от положения якоря.Величина реактивного момента определяется выражением1 Р й(С +С) 725 4С достаточной степенью точности коэффициент Кослабления реактивного момента определяется выражениемИ НКМ, Нгде М - реактивный момент датчика с покрытием;И - реактивный момент датчика без покрытия;Н - напряженность магнитного поля на границе магнитопровода с по-крытием;Н, - напряженность магнитного поля на границе магнитопровода без покрытия.Наличие экрана приводит к ослаблению магнитного поля, так что на расстоянии Е напряженность магнитного поля Н определяется соотношениемНН, 1при этом на расстоянии,. равном длине волны, т,е. приЕ=1=1 фМпроисходит практически полное эйра" нирование.При Е= Ь ослабление магнитного поля происходит .в соответствии с соотношенианнаЯРуЬ 1711 " УН =Н,Г =Н,1Ослабление реактивного момента определяется выражениемн нф -апГру,Ио Ногде а - толщина покрытия;н - магнитная проницаемость материала,покрытия;у- электронроводиость материалапокрытия.Отсюда толщина покрытия выбираетея из соотношения1 пКУменьшение реактивного момента и улучшение линейности выходного на пряжения приводят к уменьшению расхождения нулевых значений реактивного момента и выходной характеристики, что способствует повышению точности.Степень ослабления реактивного момента определяется толщиной экранируемого покрытия, его материалом и рабочей частотой питающего напряжения,При использовании в качестве материала с малым удельным электросопротивлением меди-7 Гнр=р;-4 П 1 ОЯУ81 Ом а толщина покрытия определяетсявыражением