Индуктивный датчик положения

О,П И С А Н И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфефз Сфаетских Сфцналистическик Рвслублик(22) Заявлено 030180 (21) 2862522/18-24 с присоединением заявки йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(54)ИНДУКТИВНЫН ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ Изобретение относится к устройствам автоматического контроля пере .мещений, а именно к датчикам положения ротора машин и механизмов.Известен индуктивный датчик перемещений, содержащий согласующийтрансформатор и чувствительные индуктивные элементы, подключенныек вторичной обмотке согласующеготрансформатора, выполненной из двухпоследовательно соединенных секций,средняя точка соединения которых через резистор нагрузки соединена сточкой соединения обмоток чувствительных элементов (1,Недостаток этого датчика состоитв сравнительно низкой точности из-занеидентичностн температурных характеристик плеч моста, который образуют чувствительные элементы ссекциями вторичной обмотки согласующего трансформатора.Наиболее близким к предлагаемомупо техническому решению являетсяиндуктивный датчик положения, например.для бесконтактного электродвигателя постоянного тока, выходные обмотки которого через согласующиетрансформаторы подключены к фазочув ствительным усилителям-демодуляторам на транзисторах, в коллекторную цепь,каждого транзистора включена дополнительная обмотка положительной обрат"ной связи, размещенная на согласующемтрансформаторе. Датчик вырабатывает прямоугольные двухполярные выходныесигналы, каждый из которых позволяетвысокоэффективно управлять двумя работающими в противофазе силовымитранзисторами коммутатора вентильного электродвигателя 21.Недостатками известного датчикаявляются относительная сложность иэза большого требуемого числа разме шенных на статоре индуктивных чувствительных элементов и трудность получения выходных сигналов с изменяемой по заданному закону относительной длительностью импульсов проти воположной полярности, необходиьыхдля реализации экономичных вентиль: ных двигателей с регулируемой частотой вращения. Указанные недостатки усложняют технологию изготовлениядатчиков, обусловливают большое число связей (проводов) между его чувствительными и преобразующими элементами, затрудняют миниатюризациюи снижают надежность управляеьых 30 ими вентильных двигателей.55 Цель изобретения - повышение надежности датчикаПоставленная цель достигаетсяза счет того, что в индуктивный дат;чик положения, содержащий чувствительный элемент, один конец обмоткикоторого подключен к одному концупервичной обмотки согласующего трансформатора, выполненной из двух последовательно соединенных секций,средняя точка которых через выходнуюобмотку питающего трансформатора ирезистор соединена с вторым концомобмотки чувствительного элемента,вторичные обмотки согласующеготрансформатора соединены с входамифазочувствительного демодулятора, 15введены трехстержневый магнитопровод с первичной и вторичной обмотками и источник тока подмагничивания,подключенный к первичной обмоткетрехстержневого магнитопровода, один 2 Оконец вторичной обмотки которого соединен с вторым концом первичной:обмотки согласующего трансформатора,а другой конец - с вторым концом обмотки чувствительногО элемента. 25На .Фиг. 1 приведена электрическаясхема индуктивного датчика положения; на фиГ. 2 - вариант выполнениядатчика с подмагничиванием полемпостоянного магнита; на фиг. 3 ввременные диаграммы, поясняющие принцип работы датчика.Индуктивный датчик положения содержит чувствительный элемент 1, накоторый воздействует поле постоянного магнита 2, закрепленного на рото- З 5ре, трехстержневый магнитопровод 3,источник 4 тока подмагничивания,согласующий трансформатор 5, резистор 6, фазочувствительный демодулятор 7, питающий трансФорматор 8, Фа- .4 бзочувствительный демодулятор 7 собранна диоде 9 транзистора 10, питаемомот преобразователя повышенной частоты (не показан).через трансформатор 8, выходную обмотку 11, выпрямительный мост 12, сглаживающийфильтр, содержащий конденсатор 13 ирезистор 14, и нагрузку, напримерблокированные диодами 15 и 16 встречно и последовательно включенные база-эмиттерные переходы силовых тран"зисторов 17 и 18 коммутатора вентильного двигателя (не показан). Входныеи выходные цепи транзистора 10 подключены к обмоткам согласующеготра)реформатора 5,Ври подаче напряжения от трансформатора 8 на датчик в цепях чув-ствительного элемента 1 магнитопровода 3 текут токи 1 и 1 соответственно (фиг. 3 а и б) величины ко- ц)торых определяются, при прочих равных. условиях, магнитным состояниеммагнитопроводов этих чувствительныхэлементов. При вращении магнита 2(фиг. 1 и 2) сердечник чувствитель ного элемента 1 периодически насыщается, и в его цепи появляется токмодулированный по амплитуде (фиг. 3 а ) Так как магнитопроводненасыщен, когда индукция подмагничивающего магнитного поля равна нулю (магнит на фиг. 2 удален от магнитопровода 3 или отсутствует ток подмагничивания, создаваемый источником тока 4 на фиг, 1), то ток в его цепи всегда меньше тока в цепи чувствительного элемента 1, в окрест ностях которого индукция магнитного поля всегда отлична от нуля за счет полей рассеивания магнита 2. Поэтому полярность напряжения на нагрузке датчика определяется фазой тока в цепи чувствительного элемента 1 (фиг. 3 г).В момент времени, когда вращаю-, щийся магнит 2 удаляется от магнитбпровода Чувствительного элемента 1, последний выходит из насыщения, уменьшается ток в его цепи и падение напряжения на резисторе 6, вследствие чего увеличивается напряжение, при- ложенное к обмотке магнитопровода 3, и магнитопровод 3 выходит на границу насыщения (средняя часть диаграМмы на фиг. 3 б). Поэтому даже при небольшом увеличении индукции подмагничивающего магнитного поля в магнитопроводе 3 (при увеличении подмагничивающего тока источника 4) в эти моменты времени происходит насыщение магнитопровода 3 и увеличение тока 19 (фиг. 3 в) до значений больших, чем в цепи чувствительного элемента 1. На обмотках трансформатора 5 появляется напряжение, модулированное по фазе и амплитуде. При инвертировании фазы выходного сигнала фазочувствительный демодулятор 7 обеспечивает изменение полярности напряжения УИ на нагрузке (Фиг. 3 д).Дальнейшее увеличение индукции подмагничивающего магнитного поля в магнитопроводе 3 вызывает еще большее возрастание тока 1в его цепи, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение интервала времени между двумя очередными инвертированиями фазы напряжения на обмотках трансфор матора 5, и, как следствие, увеличение длительности импульса напряжения У с полярностью, определяемой фазой тока 1, а также соответственное уменьшение длительности импульса этого напряжения с полярностью, определяемой фазой тока (фиг. 3 е).Указанное свойство предложенного датчика изменять относительную длительность равнополярных импульсов напряжения на его нагрузке может быть использовано при построении вентильных двигателей, у которых регулирование и стабилизация скорости вращения осуществляется широтно-импульсным способом (ШИМ) с естественной частотой следования импульсовШИМ т.е. наиболее экономично.формула изобретенияИндуктивный датчик положения, содержащий чувствительный элемент, один конец обмотки которого подключен к одному концу первичной обмотки согласующего трансформатора, выполненной из двух последовательно сое= диненных секций, средняя точка которых через выходную обмотку питающего трансформатора и резистор соединена с вторым концом обмотки чувствительного элемента, вторичные обмотки согласующего трансформатора соединены с входами фазочувствительного демодулятора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности датчика, в него введены трехстержневый магнитопроводс первичной и вторичной обмоткамии источник тока подмагничивания,подключенный к первичной обмоткетрехстержневого магнитопровода, одинконец вторичной обмотки которого соединен с вторым концом первичной обмотки согласующего трансформатора,а другой конец - с вторым концомобмотки чувствительного элемента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Борзов М.И. Индуктивные преобразователи угла в код. М.,5 Энергияф, 1970, с. 35.2. Авторское свидетельство СССРР 377850 кл. 6 08 С 19/06,1969 (прототиП) .881525 Фиг. В. Рыгал остав ехред кто етрушк орректор С. Шекмар Заказ 99 ж 705дарствиэобре По писно Тира дВНИИПИ Госу енного комитета СССРпо делам тений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ал ППП фПатентф, г, Ужгород, ул. Проектная,