Датчик частоты вращения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пп 949502(22) Заявлено 1809,80 (21) 2985186/18-10 Р 1 М КН з с присоединением заявки М 6 01 Р 3/46 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ДАТЧИК ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ Изобретение относится к технике измерения незлектрнческих величин и может быть использовано для измерения мгновенных значений малых скоростей вращения.Известныедатчики скоростей, содержащие постоянный магнит, ярмо и обмотки, неприменимы для контроля и измерения малых угловых скоростей иэ-за низкой чувствительности (1).Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является датчик частоты вращения, содержащий цилиндрический магнитопровод с равномерно расположенными обмотками, вращающийся постоянный магнит прямоугольной Формы, датчик угла и коммутатор (2) .Эти датчики производят измерение мгновенных значений малых угловых скоростей в пределах полного поворота со значительной погрешностью, так как амплитуда пульсаций прн постоянной угловой скорости составляет до 50 от уровня выходного сигнала. Вви ду того, что каждая обмотка занимает только четверть окружности магнитопровода и при переходе магнита от одной обмотки к другой изменяется число витков обмоток, пронизываемых магнитным потоком ротора, что и приводит к зависимости чувствительностидатчика от углового положения ротора.Цель изобретения - устранение пуль- .саций и повыаение точности измерениямгноаеняых энайений малых скоростейвращеиия в пределах полного оборота.Для достижения указанной цели обмотки выполнены бнфнлярно и соедине"ны попарно, последовательно и Встречно, причем угол смещения второйобмотки относительно первой в каждойпаре выбран равным 180 о а смещениекаждой иэ образованных пар относи"15 тельно предыдущей равно ширине полюса ротора.На фиг.1 приведена схема датчикана Фиг.2 и 3 приведена Форма ЭДС,наводимая соответственно в первой и20 второй паре обмоток в Функции углового положения:ротора при постояннойугловой скорости; на фиг.4 - формаЭДС на выходе преобразователя в зависимости от углового положения магни та. Датчик содержит магнитопровод 1,на котором расположены равномернораспределенные бнфилярно намотанные9 бмотки (секции) 2, начало которых 30 н, )1, нв, н 4, смещены относительнообмотки остается постоянной и оПределяется только скоростью, участок Ч,- 9 (Фиг.2) .Уменьшение ЭДС в обмотке начинается н тот момент, когда полюс Ы выходит из границ первой секции и входит под вторую, а полюс переходит от второй секции к первой, участок Ч Чб. Нулевое значение выходного сигнала соответстнует нейтральному положению магнита (фиг.2). В дальнейшем нсе процессы понторяются с той лишь разницей, что выходной сигнал обмотки протиноположен по знаку ЭДС на участке У - 9 (фиг.2).Аналогично можно объяснить зависимость ЭДС на ныходе второй пары у обмоток (фиг.2), смещенной относительной первой на угол с (фиг,1), диапазон изменения которого от тт до 7 ь-У. Измерение мгновенных значений с высокой точностью возможно только на прямолинейных участках рассмотренных зависимостей. Величина этих участков определяется шириной ротора и равна 1 Г- Ю, где угол (т" соответствует ширине ротора Ж . Введение второй обмотки, намотанной вместе с первой, но сдвинутой относительно ее на угол с 6, позволяет производить измерение мгновенных скоростей вращения в пределах полного оборота с большой точностью, если ширина ротора не превышает 80Измерение мгновенной скорости производится следующим образом.В тот момент, когда магнит нахо- Гтся в пределах участках У - лектронный коммутатор по сигналу датчика 5 угла подключается к выходу датчика скорости первую пару обмоток и напряжение определяется только скоростью вращения и не зависит от углового положения ротора.В диапазоне 9 у - Чтуподключается вторая пара обмоток и выходная ЭДС Уопять же пропорциональна только скорости. На участке т -9 электрон,ный коммутатор подключает первую пару обмоток с одновременной инверсией напряжения (пунктирная кривая, Фиг,2), а на участке 9 - 9- вторую также с инверсией (пунктирная кривая, фиг,З), Таким образом, при постоянной угловой скорости получаеФ- ся зависимость ЭДС от т (фиг.4),к:., К,соэттнетстненноТ,:,т торезом, разме;. н ( сек цни ) по ок ружностнода соотнетс т н унт дуге , н - .:; .:алу 3, внутри магнитопро -л;реплен постоянтнытй магнит 4, 5ПУ т:, - :. окружности, соотьетстнующая;,.-ттнтттопоонтд . т. т; лолсженно" 1,;- лт;, полюсом магнит:т 4, обозначена .е;=: т, вал 3 сседннен с обьектом, скорость которого изменяется и с 10 датчиком 5 угла, управляющим работой злак-очного коммутатора б. Вместо да ;а 5 угла, н ряде случаев для ут:.;,:;.щения габаритов всего устройства измерения скорости, возможно ис пользование концевых переключателей или реле времени, выполняющих ту же Фт Н ттт;Устройство работает следующим оборот 1 20При вращении магнита 4 его магнитный поток пронизывает витки измерительной обмотки 2, н которой наводтттся ЭДС пропорционально скорости нра.1 еннц. нала 3. 25В в терн приближении имеем1:, =. В Ь Ы,) ц) Й тгде ". . индукция и рабочем зазоре;).1 ширина полюса ротора;К. - удельное число витков измерительной обмотки;угловая скорости вращения:Р - расстояние от оси вращенийдо витков обмоткй статора,ассмотрим процессы возникновения ЭДС н первой паре обмоток.За начальный момент принято по- ложение магнита, когда он,занимает нейтральное положение относительно секции первой пары обмоток (см. фиг.1), т.е. ось магнита проходит через границу раздела днух секций (полонина каждого полюса находится и пределах первой секции отмеченной Нт, К а другая половина - н пределах второй отмеченной Н 2, К ) . 45При вращении магнита по часовой стрелке ЭДС н первой секции возрастает, так как увеличивается число витков секции, пронизываемых магнитньм потоком полюса Н, и уменьшается число витков, пронизываемых магнитным потоком полюса Я, за счет которого н первой секции наводится ЭДС противоположного знака. Напряжение во второй секцйи по аналогичным причинам возрастает, но имеет противоположную полярность по сравнению с напря" жением в первой секции. Так как секции включены встречно и последовательно, то результирующий сигнал на выходе обмотки возрастает, участок Ц - 9. (Фиг.2) . При движении:полюсов(" в пределах секции, число витков пронизываемых магнитным потоком ротора остается постоянным, поэтому ЭДС ,65 Таким образом, предлагаемое исполнение датчика обеспечивает линейную эанисимость выходного напряжения от угловой скорости в пределах полного оборота, эа счет смещений пар обмотокДлительность переключения с одной пары обмоток на другую составляет несколько нс и практически не вносит погрешности в процесс измерения.Последовательное и встречное включение обмоток с одной стороны увеличивает чувствительность, а с другой обуславливает малую постоянную времени, так как суммарная индуктивность пар обмоток стремится к нулю. 5.А бифилярное исполнение обмоток обеспечивает их полную эквивалентность, что исключает колебание выходного напряжения в момент переключения. оПрименение датчика частоты в системах регулирования частоты вращения электропривода йозволит повысить точность поддержания и улучшить тем самым качество процесса регулирования 15 Годовой экономический эффект достигаемый за счет этого, составляет 1,6 - 2,4 тыс.руб. на одну систему регулирования.формула изобретенияДатчик частоты вращения, содержащий цилиндрический магннтопровод с равномерно расположенными обмотками, вращающийся постоянный магнит прямоугольной форьы, датчик угла и коммутатор, отличающийся тем, что, с целью устранения пульсаций н повышения точности измерения мгновенных значений малых скоростейвращения, обмотки выполнены бифилярно и соединены попарно, последовательно и встречно, причем угол смещения второй обмотки относительно первой в каждой паре выбран равным 180 , а смещение каждой из образо" ванных пар относительнр предыдущей равно ширине полюса ротора.источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. М., фИа" шнностроение, 1965, с. 456-483.2. Авторское свидетельство СССР Р 391481, кл. С 01 Р 3/46, 1973 (прототип) .949502 Составитель И. МочарскаяТехредМ.Рейвес ор В. Братяга едактор Н. Бобков каз 5738/3 Патент, г. ужгород, ул. Проектна иал П тираж 887 КИПИ Государстве по делам иэобре 5, Москва, Ж"35, Подпного комитета СССРеиий и откритийРауюская наб., д.