Дифференциально-трансформаторный датчик перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 В 7/00 1)5 ЕНИ ЬС фю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИД(71) Научно-исследовательский институт физических измерений(56) Авторское свидетельство СССР7) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью расширениедиапазона измерения .дифференциальнотрансформаторного датчика линейных перемещений за счет линеаризации его выходной характеристики, Этот датчик со 768932 А 2 держит цилиндрический ферромагнитный корпус 1, выполненный со ступенчато измененным диаметром в виде двух частей, В широкой части корпуса, обращенной к подвижному ферромагнитному якора 7, размещена измерительная обмотка 4, средний диаметр которой подбирается экспериментально, в зависимости от внутреннего диаметра корпуса и от диаметра ферромагнитного сердечника, на котором размещены секции 3 обмотки возбуждения и компенсационная обмотка 5, Симметрирующая пластина 6 отделена от компенсаци-, онной обмотки зазором и установлена неподвижно. Оптимизацйя среднего диа-.метра измерительной обмотки 4 осуществляется намоткой определенного числа ее витков проводом заданного диаметра. 2 ил.5 10 Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, может быть использовано для измерения линейных перемещений или зазоров между двумя объектами и является усовершенствованием основного а.с, М 1392339,Известный дифференциально-трансформаторный датчик перемещений содержит цилиндрический ферромагнитный корпус, внутри которого расположен неподвижный ферромагнитный сердечник с размещенными на нем секциями обмотки возбуждения и дифференциально соединенными измерительной и компенсационной обмотками. С одной стороны сердечника размещена симметрирующая пластина, а с другой стороны размещен якорь, закрепляемый на объекте контроля, Цилиндрический корпус датчика выполнен со ступенчато измененным диаметром в виде двух частей,Недостатком известного датчика является малый диапазон измеряемых перемещений при заданных габаритных параметрах датчика.Целью изобретения является расшир; ние диапазона измеряемых перемещений датчика.Поставленная цель достигается тем, что в датчике перемещений, содержащем цилиндрический корпус, выполненный со ступенчато измененным диаметром в виде двух частей, ферромагнитный сердечник с размещенными на нем секциями обмотки возбуждения и дифференциально соединенными измерительной и компенсационной обмотками, симметрирующую пластину, якорь, закрепляемый на объекте контроля, измерительная обмотка, размещенная в широкой части корпуса, имеет средний диаметр, который определяется из выражения Оср2 где Оср - средний диаметр секции измерительной обмотки;Овн - внутренний диаметр широкой части корпуса; О, - внешний диаметр сердечника. На фиг. 1 изображен дифференциально- трансформаторный датчик перемещений (общий вид в сечении по продольной оси), на фиг. 2 выходные характеристики датчика при разных средних диаметрах измерительной обмотки.Дифференциально-трансформаторный датчик перемещений содержит цилиндрический ферромагнитный корпус 1, внутри которого расположен неподвижный ферро 15 20 25 30 35 40 45 50 55 магнитный сердечник 2 с размещенными на нем секциями 3 обмотки возбуждения и дифференциально соединенными иэмерительной 4 и компенсационной 5 обмоткамиС одной стороны сердечника 2 размещена симметрирующая пластина 6, отделенная от компенсационной части датчика зазором д а с другой стороны размещен якорь 7, предназначенный для закрепления на объекте контроля и отделенный от измерительной обмотки 4 и рабочего торца сердечника 2зазором др, величина которого зависит отперемещения Х объекта контроля. Цилиндрический корпус датчика выполнен со ступенчато измененным диаметром в виде двухчастей.Секции измерительной 4 и возбуждающей 3 обмоток, размещенные со стороныякоря 7, выполнены также ступенчато измененным диаметром, причем в. широкой части корпуса 1 размещена секция 4измерительной обмотки, имеющая оптимальный средний диаметр, который определяется выражением (1),Дифференциально-трансформаторныйдатчик перемещений работает следующимобразом.При перемещении подвижного якоря 7относительно торца измерительной частидатчика в направлении Х увеличивается илиуменьшается величина рабочего зазора др,в то время как величина компенсационногозазора дх остается неизменной. В результате этого изменяется величина магнитногопотока, а следовательно и ЭДС на выходеизмерительной обмотки 4.Расширение диапазона измеряемых перемещений можно обьяснить следующимобразом.Для трансформаторных датчиков с использованием ферромагнитного кОрпуаа сувеличением среднего диаметра обмотки дооптимального, определяемого выражением(1), увеличивается и диапазон измеряемыхперемещений, однако при увеличении среднего диаметра до значенияОср (2)диапазон уменьшится вследствие снижениячувствительности преобразования в концедиапазона измерения из-за уменьшения выпучивания (в сторону измеряемого зазорадр) магнитного потока, т,к. часть потока начинает замыкаться на ферромагнитный цилиндрический корпуг. датчика.Из экспериментальных данных (фиг. 2)видно, что с увеличением среднего диаметРа Оср (О.р.1О,р.2Оср 3) измеРигельнойобмотки увеличивается и диапазон измеряемых перемещений, т.к. зависимости Овых =- =1(х) при увеличении О,р имеют большую чувствительность в конечных точках диапазона измерения.При дальнейшем увеличении средкего диаметра до значения0,9 Овн+ Ос(3)2наблюдается снижение чувствительности в конце диапазона измерения из-за уменьшения выпучивания (в сторону измеряемого зазора др) магнитного потока, т.к, часть его начинает замыкаться на широкую часть корпуса датчика.Устранение влияния таких внешних мешающих факторов, как изменение в широком диапазоне температуры и Опит достигается следующими двумя способами.Во-первых, обеспечением равенства коэффициентов трансформации рабочего Кр и компенсирующего Ккомп трансформаторов датчика.Равенство числа витков Ивр = Явк возбуждающих обмоток в предлагаемом датчи- ке обеспечивается за счет того, что они размещены в корпусе 1 одинакового диаметрального размера и имеют одинаковую высоту намотки по оси датчика, т.е, одинаковые площади окон в продольном сечении, заполняемые обмоточным проводом см. фиг. 1),Для размещения одинакового количества витков измерительных обмоток Юр = Як кеобходимо чтобь 1 площадь Яр окна рабочей части была равна площади окна Як компенсационной части датчика, т,е. Яр = Як, гдезр=ьрьр;ь=ьь(а)Таким образом обеспечивается симметрия рабочего и компенсирующего трансформаторов (рабочей и компенсационной частей) датчика. Во-вторых, устранение влияния внешних мешающих факторов достигается обеспечением симметрии магнитных цепей рабочего и компенсирующего трансформаторов (их электрических и магнитных характеристик) в точке баланса, например, при зазорах между якорем 7 и рабочим торцом корпуса 1 датчика др = О, а также между торцом компенсирующей измерительной 5 Ю обмотки и симметрирующей пластиной6 д = 0 (на фиг. 1 данное положение якоря 7 и симметрирующей пластины 6 показано штриховыми линиями).Это достигается тем, что комплексное 10 сопротивление магнитопровода рабочей части 7 р (участок авсда на фиг. 1) должно быть равным комплексному сопротивлению магнитопровода компенсирующей части 7 (участок адежа).15 Акалогичным образом исключается влияние мешающего действия изменения напряжения питания Обит на выходной сигнал трансформаторного датчика, снимаемого с рабочей ЧЧр и компенсационной Як измери тельных обмоток, включенных между собойпоследовательно встречно.Выполнение измерительной обмотки соптимальным средним диаметром Оср, определенным из выражения (1), осуществля ется путем намотки определенного числавитков, обеспечивающего заданную толщину Ьр или диаметр намотки).Таким образом выбор оптимальной величины среднего диаметра изм-;:ительной 30 рабочей обмотки в данной к,струкциитрансформаторного датчика позволяет расширить диапазон измеряемых перемещений по сравнению с известным датчиком при одних и тех же габаритных параметрах 35 примерно в 1,2 раза.Формула изобретения Дифференциально-трансформаторныйдатчик перемещений по авт,св. М 1392339.о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 40 расширения диапазона измерения, измерительная обмотка размещена в широкой части корпуса и имеет средний диаметр Оср, определяемый из следующего выражения:О р=н 0,7-0,8)Овн+ О 1 г45 где Овн - внутренний диаметр широкой частикорпуса;Ос - внешний диаметр сердечкика.1768932 Составитель О. ГлуховТехред М.Моргентал орректор Н, Слободян актор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 3636 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5