Датчик линейных перемещений

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеслублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Государетаенный комитет СССР по деяам изобретениИ и открытийОпубликовано 23.05,82. Бюллетень йо 19 Дата опубликования описания 23.05. 82 явитель Х ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ТЧИК ЛИ тся к измеритель ытьиспользовано троля размеров нно геометриерстий.ва преобразований в электри-значенные для величин.возможность величин реалиобщем корпусе которые связапо цепям питаИзобретение относи ной технике и может в устройствах для ко,изделий, преимуществ ческих параметров от Известны устройст ния линейных перемещ ческий сигнал, предн иэмеренйя нескольких В этих устройства измерения нескольких зуется объединением. однотипных датчиков,ны один с другим ния С 11 .каждом выходе определяются соответствующими перемещениями. Изменениеположения какого-либо одного подвиж":ного элемента не изменяет выходныхсигналов на других выходах. Эти важные качества чаще всего используют"ся, когда вторичные обмотки соединяются попарно-согласно или встречно,что псэволяет получить выходной сигнал, пропорциональный сумме или разнссти перемещений. В более сложныхслучаях соединяются последовательновсе вторичные обмотки, что позволяет,с помощью одного датчика решать мно гопараметрические задачи 12) .Недостатком таких датчиков. такжеявляется отсутствие регулировочныхэлементов для получения идентичности функций преобразования по каждому входу. Существование,.например,отклонений крутизны функций преобразования по разным входам снижаетточность работы датчика в дифференциальном режиме, особенно при разностном включении вторичных обмоток,когда даже незначительная ошибка водном из сигналов приводит к большойошибке разности.Наиболее близким по тесущности к предлагаемому ки не имеют регулир для получения одина арактеристик.по все входам, поэтому исп х устройств для про Циальных измерений мами низкого класса вочных овых вы- измери- ользоваедения граничет очи осатч средствхадныхтельнымние такдифференосист тИзвестнычики, которынальный элеммотку воэбужПреимущестоят в томходах синфаз также многовходовы е имеют общий функ ент, например общую дения и магннтопро тва таких датчиков что Эдс. на всех ихны, а амплитуды Эд и ободе сосвы еа хническойявляетсядатчик линейных перемецений, содержащий магнитопровод с центральнымстержнем и магнитопроводящими пластинами, обмотку возбуждения, размещенную на центральном стержне, и вторичные обмотки, размещенные на магнц.". 5,топроводящих пластинах с возможностьюперемещения относительно них.Магнитопровод выполнен замкнутымШ-образным, на центральном укороченном стержне которого закреплены диаметрально противоположно магнитопроводящие пластины с вторичными обмотками. Датчик позволяет осуществлятьизмерение линейных перемещений в двухдиаметрально противоположных направлениях.т.е. имеет два входа, так,что он может быть использован дляизмерения, например, внутреннего диаметра труб 33.Однако точность измерения датчиком двух взаимно противоположныхперемещений недостаточна из-за отсутствия регулировочных элементовдля обеспечения идентичности функцийпреобразования по его обоим входам.Цель изобретения - повышение точности измерения.Эта цель достигается тем, что вдатчике линейных перемещений, содержащем магнитопровод с центральнымстержнем и магнитопроводящими плас 30тинами обмотку возбуждения, размещенную на центральном стержне, ивторичные обмотки, размещенные намагнитопроводящих пластинах с возможностью перемещения относительноних, магнитопровод выполнен в видебарабана, верхнее основание барабанавыполнено с отверстием, в которомразмещен с зазором центральный стержень, закрепленный на нижнем основании барабана, магнитопроводящие пластины установлены радиально с возможностью поворота относительно оси барабана в плоскости, параллельной плоскости его верхнего основания, и раэмещены с зазорами относительно верхнего основания барабана и выступающим над ним участком цилиндрическойбоковой поверхности барабана.Кроме того, длина зазоров можетбыть выполнена одинаковой,На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого датчикалинейных перемещений.Датчик линейных перемещений содер жит магнитопровод 1, выполненный ввида пустотелого барабана с центральным стержнем 2, закрепленным на егонижнем основании 3. Верхнее основа-ние 4 барабана выполнено с отверстием, в котором размецен с зазором верх 60ний,. незакрепленный конец центрально.-,о стержня 2 Этот конец центрального стержня,. а также боковая цилиндрическая поверхность 5 барабана выступает над его верхним основанием 4, 65 В полости барабана размещена обмотка б возбуждения, охватывающая цент-. ральный стержень 2. На выступающем конце центрального стержня 2 закреплены магнитопроводящие плстины 7, установленные радиально с возможностью поворота относительно оси 0-0 бара" бана в плоскости, параллельной плоскости его верхнего основания 4.Пластины, их может быть больше, размещены диаметрально противоположно с зазорами между их поверхностями и верхним основанием 4 барабана, а также выступающим над ним участком цилиндрической боковой поверхности 5 барабана. Плоские воздушные зазоры между продольными поверхностями магнитопроводяцих пластин 7 и верхним основанием 4 барабана являются рабочими. Кольцевые воздушные зазоры между выступающим участком цилиндрической боковой поверхности 5 барабана и торцами магнитопроводящих пластин 7, а также между верхним основанием 4 барабана и его центральным стержнем 2 являются нерабс - чими. Длина магнитного пути по воздуху в рабочих и нерабочих воздушных зазорах выполнена одинаковой. В каждом рабочем зазоре помецена охватывающая соответствующую пластину 7 вторичная обмотка 8, установленная с возможностью перемещения относительно нее и связываемая в процессе измерения с контролируемым объектом (не показан). На магнитопроводящих пластинах 7 жестко закреплены вблизи от центрального стержня 2 барабанного магнитопровода 1 компенсационные обмотки 9, каждая из которых соединена встречно-последовательно со вторичной обмоткой 8, размещенной на той же пластине.Каждая магнитопроводящая пластина 7 имеет на одном конце секторный учаСток, цилиндрическая поверхность 10 которого.,входит в цилиндрическую расточку верхнего конца центрального стержня 2. Коническая поверхность секторного участка контактирует с конусообразным элементом .11, в котором имеется отверстие под винт 12. С помощью этого винта обеспечивается фиксация пластин 4 в заданном угловом положении д между их осью симметрии, например А-Л , и направлением перемещения (Х или У) соответствующей вторичной обмотки 8. Угол Р секторного участка магнитопроводящих пластин 7 в плане не должен превышать значения2 (ЗГ-Ь сйй( д (1)ггде Ь - число магйитопроводящихпластин датчика.Благодаря возможности поворота магнитопроводящих пластин 7 вокруг оси барабана в пределах угла о(.относительно направления Х или у контро"лируемого перемещеИия обеспечивает-ся регулировка крутизны функций преобразования независимо по каждомувходу (число входов в данном случаеравно числу магнитопроводящих пластин),Датчик линейных перемещений рабо"тает следующим образом.При подключении обмотки б возбуждения к источнику напряжения переменного тока (не показан) по ней.протекает ток, создающий магнитныйпоток, проходящий через центральныйстержень 2, магнитопроводящие пластины 7, верхнее основание 4, боковуюцилиндрическую поверхность 5 барабана и .его нижнее основание 3, В каждом рабочем воздушном зазоре междупластинами 7 и верхним основанием 4барабана индукция постоянна вследствие постоянства, длины зазора, поэтому и градиент потока в пластинахвдоль их осей АА также постоянен.В результате величина магнитногопотока, пронизывающеГо вторичные обмбтки 8, определяется их удалениемот оси 00 барабана и тем меньше,чем больше расстояние между ними.Благодаря постоянству градиента потока в пластинах 7, ЭДС на выходахвторичных обмоток 8 линейно связанас их перемещением. Компенсационныеобмотки 9, соединенные встречнопоследовательно с расположенными натой же пластине вторичными обмотками, пронизываются неизменным по ве- З 5личине магнитйым потоком. Подборомотношения числа витков нторичной икомпенсационной обмоток 8 и 9 можетбыть обеспечено нулевое значение суммарной выходной ЭДС по заданному 4 Овходу н любом начальном положении,соответствующей вторичной обмоткев пределах ее возможного диапазонаперемещения, т.е. выбор начала отсчета перемещения по этому входУ в 45зависимости от эксплуатационных требований.Выходные ЭДС всех вторичных обмоток 8 не зависят одна от другой, таккак изменение положения любой изэтих обмоток не изменяет магнитногопотока в пластинах 7. Фазы выходныхЭДС всех обмоток не зависят от перемещения и совпадают одна с другой.Постоянство индукции вдоль осирабочих воздушных зазоров сохраняется всюду, кроме областей вблизиот концов магнитопроводящих пластин,где начинают сказываться поля выпучивания и индукция уменьшается засчет увеличения воздушного пути вкраеных силовых трубках поля. В данном датчике при переходе рабочихвоздушных зазоров в нерабочие (кольцевые) зазоры длина всех силовых трубок поля остается постоянной, поэто- б 5 му поля выпучинания возникают только на концах нерабочих кольцевых зазорон, а область линейности равна разности между расстоянием от свободного конца пластин 7 до оси барабана и диаметром отверстия верхнего осно-. вания 4 барабана магнитопрбвода. Поэтому равенство воздушных промежутков во всех зазорах обеспечивает расширение области линейной зависимости выходной ЭДС вторичных обмоток 8 от измеряемого перемещения.Крутизна функции преобразования по каждой 1-ой вторичной обмотке датчика определяется формулойК =фсозесс;, (2) где К; - крутизна функции преобразования по 1-му входу;Э; - коэффициент пропорциональности по 1-му входу;д", - угол между направлением движения вторичной обмотки иосью симметрии 1-той пластины.Формула (2) показынает, что за счет изменения углов с(; можно изменять крутизну функции преобразования по каждому входу и тем саьым получать идентичность выходных характеристик датчика на этих входах. Практически регулировка осуществляется следующим образом.Не затягивая окончательно винт 12, нсе пластины устанавливают в положение, соответствующие о(; =О, и измеряют крутизну функции преобразования по всем входам. Оставляют в этом же положении (д.=О) ту пластину 4, которая соответствует входу с минимальной крутизной преобразования, а остальные пластины поворачивают и находят такие углы Ы;, при которых крутизна преобразования по всем входам равна крутизне по первому (минимальному) входуТаким образом, предложенный датчик линейных перемещений обладает синфазностью выходных ЭДС по всем выходам и независимостью этих ЭДС одна от другой, высокой точностью при дифференциальных измерениях эа счет обеспечения идентичности крутизны преобразования по всем входам, а расположение всех подвижных обмоток в одной плоскости позволяет измерять перемещения в различных направлениях, векторы которых расположены радиально в одной плоскости, с соблюдением принципа Аббе.Формула изобретения1. Датчик линейных перемещений, сО- держащий магнитопровод с центральным стержнем и магнитопроводящими пластинами, обмотку возбуждения, размещенную на центральном стержне, и вторич929995 Составитель С.СкрипниРедактор Т.Кугрьааева Техред Ж, Кастелевич орректор М.Кост Тираж 614 Подпи сн оеИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 3447/49 За филИал ППП "Патент", г. ужгород,. Ул, Проектная, 4 ные обмотки, -размещенные на магнитопроводящих пластинах с возможностьюперемещения относительно них, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повиаения точности измерения,магнитопровод выполнен в виде барабана, верхнее основание барабана выполиейо с отверстием, в котором размещен с зазором центральный стержень,закрепленный на нижнем основании барабана, магнитопроводящие пластины 10установлены радиально с возможностьюповорота относительно оси барабанав плоскости, параллельноф плоскостиего верхнего основания и размещеныс зазорами относительно верхнего ос 15иования барабана и выступающим над ним участком цилиндрической боковойповерхности барабана.2. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что длина зазороводинакова. источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СИЛ Р 3630778,кл. С 01 Р 5/20, 1971.2. Куликовский Л,Ф, Трансформаторные функциональные преобразователи с профилированными вторичными контурами " Энергия". М., 1971, с. 933, Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2817707/28, "кл6 01 В 7/00, 1979 (прототип).