Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом

(72) Н.Д.Конакоа л. %35едовательскиенийв, В.А.Столяро институт фии Г.А.Кирееч С) феГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авт М 1627 (54) ТР РЕМЕЩ (57) Изо измерит пользов Целью точност орское свидетельство СССР820, кл. О 01 В 7/00, 1988.АНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК ПЕЕНИЙ С ФАЗОВЫМ ВЫХОДОМ бретение относится к контрольноельной технике и может быть исано для измерения перемещений.изобретения является повышениеи измерения перемещений объектов 1763870 А контроля с разными элекромагнитными параметрами. Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом содержит источник 1 синусоидального напряжения, блок 2 дискретной и плавной вариации частоты, согласующее устройство 3, рабочую 1 и компенсационную 12 части чувствительного элемента датчика, две секции 7 и 8 обмотки возбуждения, соединенные последовательно согласно, две секции 9 и 10 измерительной обмотки, соединенные последовательно встречно, ферромагнитный сердечник 4, резистор й, соединенный последовательно с секциями 9 и 10 измерительной обмотки, избирательный усилитель 13, фазометр 14, рабочий якорь 15, симметрирующую пластину 6. 4 ил,Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений.Известный трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом содержит ферромагнитный сердечник Ж-образного сечения и, установленный с возможностью перемещения, рабочий якорь, симметрирующую ферромагнитную пластину, две секции обмотки возбуждения, соединенные между собой последовательно согласно, две секции измерительной обмотки, соединенные последовательно встречно, подборный резистор, соединенный последовательно с секциями измерительной обмотки, избирательный усилитель и фазометр.Недостатком известного датчика является; низкая точность измерения перемещений рабочего ферромагнитного якоря (объекта контроля) с различными электромагнитными свойствами, при использовании в качестве объекта контроля подвижных поверхностей деталей (валов, роторов и др,), изготовленных из ферромагнитных материалов разных марок.Это обусловлено изменением чувствительности преобразования и линейности выходной характеристики датчика. вследствие.паразитного изменения фазы результирующего сигнала за счет изменения угла сдвига фаз между геометрически суммируемыми сигналами, обусловленного непропорциональным изменением величины вносимых реактивных и активных сопротивлений в секции измерительных обмоток подвижными объектами контроля, изготовленными из ферромагнитных материалов разных марок.Цель изобретения - повышение точности измерения перемещений объектов контроля с различными электромагнитными свойствами.Поставленная цель достигается тем, что трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом, содержащий Ж-образный ферромагнитный сердечник с двухсекционной обмоткой возбуждения на центральной части сердечника, соединенной последовательно согласно, и с двухсекционной рабочей йзмерительной обмоткой, состоящей из измерительной и компенсационной секций, соединенных последовательно встречно, фазометр, подборный резистор и избирательный усилитель, снаб- жен Йоследовательно соединенными блоком вариации частоты, источником синусоидального напряжения и согласующим блоком, вход блока вариации частоты соединен с выходом источника синусоидального напряжения, а выход согласующе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 го блока соединен с двухсекционной обмоткой возбуждения.На фиг,1 приведена электрическая схема трансформаторного датчика перемещений с фазовым выходом, на фиг.2 - конструктивная схема чувствительного элемента датчика; на фиг,3 - векторная диаграмма выходных сигналов датчика; на фиг.4 - графические зависимости выходных характеристик датчикаОеых = 1 (др) при Ф ,уЪ = сопз 1, Электрическая схема трансформаторного датчика перемещений с фазовым выходом (фиг.1) содержит источник синусоидального напряжения 1, блок 2 вариации частоты, согласующее устройство 3, рабочую 11 и компенсационную 12 части чувствительного элемента датчика, две секции 7 и 8 обмотки возбуждения, соединенные последовательно согласно, две секции 9 и 10 измерительной обмотки, соединенные последовательно встречно, ферромагнитный сердечник 4, резистор Я, соединенный последовательно с секциями измерительной обмотки 9 и 10, избирательный усилитель 13, фазометр 14, рабочий якорь (объект контроля) 5, симметричную ферромагнитную пластину 6.Конструктивно чувствительный элемент трансформаторного датчика перемещений (фиг,2) с разделенными магнитными цепями рабочей и компенсационной части содержит ферромагнитный сердечник Ж-образного сечения 4, устанавливаемый с возможностью перемещения ферромагнитный якорь (объект контроля) 5, размещенный у открытого торца рабочей части сердечника 4, симметрирующую ферромагнитную пластину 6, размещенную у открытого торца компенсационной части сердечника 4. На центральном стержне сердечника в его рабочей и компенсационной частях размещены секции 7 и 8 обмотки возбуждения, секции 9 и 10 измерительной обмотки.Для обеспечения симметрии рабочей и компенсационной частей датчика число витков секций 7 - 10 целесообразно выбирать одинаковым и при настройке датчика количество витков не изменять.Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом работает следующим образом;Синусоидальное напряжение с выхода источника 1 через блок вариации частоты 2 и через согласующее устройство 3 поступает для питания обмотки возбуждения 7, 8, при этом в секциях 9, 10 измерительных обмоток возбуждаются напряжения О 1 и О 2. С помощью блока вариации частоты 2 изменяют частоту синусоидального напряжения, 1763870 6Рвых = Й Р 1 = аГС 19 40 45 50 55 поступающего на обмотку 7, 8 возбуждения, и тем самым между напряжениями 02 и 01 устанавливают угол сдвига фаз ро больше 90, но меньше 180, При этом последовательно соединенные индуктивности секций 9, 10 измерительной обмотки и резистор й представляют собой фазосдвигающую цепь типа . - Я, управляемую блоком вариации частоты 2. Напряжения 01 и 02 геометрически суммируют(фиг.1) на встречно включенных секциях 9 и 10 измерительной обмотки, а результирующее напряжение Ц, поступает на вход избирательного усилителя 13. Компенсационное напряжение 02 поступает на второй вход (Вх.2) фазометра 14, а результирующее напряжение 0 поступает на первый вход(Вх.1) фазометра 14 с выхода избирательного усилителя 13,Симметрирующую пластину 6 при настройке датчика устанавливают с зазором дк,А. относительно сердечника 4 равным величине зазора др,А, соответствующим ко)нечной точке диапазона измерения перемещения рабочего якоря 5, т,е. дх,А; = дРАПри перемещении рабочего якоря 5 (объекта контроля) в направлении увеличения зазора др (на фиг,1 показано стрелкой) напряжения 01 и 02 модулируются по амплитуде в функции перемещения, а именно напряжение 01 уменьшается, а напряжение 02 возрастает, Фаза вектора результирующего (суммарного) О напряжения изменяется при этом от значения рг до значения р 1 (фиг,3),Функция преобразования датчика определяется выражением (1) где рвых - фаза результирующего сигнала О относительно вектоРа напРЯжениЯ 02(др);фо - угол сдвига фаз между векторами напряжений 01(др) и 02(др), установленный с помощью изменения частоты синусоидального напряжения блоком вариации частоты 2.Таким образомпри изменении модулиРованных по амплитУде напРЯжений 01(др) и 02(др) на секциях измерительных обмоток в функции перемещения изменяется и фаза результирующего О напряжения на величину (й - р 1). Повышение точности измерения перемещений рабочего ферромагнитного якоря (объекта контроля) с изменяющимися электромагнитными параметрами при исполь 5 10 15 2 О 25 30 зовании в качестве объектов контроля подвижных поверхностей деталей (валов, роторов и др.), изготовленных из ферромагнитных материалов разных марок достигается следующим образом.В процессе изготовления датчика для обеспечения работы с заранее известными ферромагнитными материалами и-количества объектов контроля, настройку датчика производят при выполнении следующих конструктивных требований:1) количество витков секций 7, 9 и 8, 10 в рабочей и компенсационной частях датчика должно быть одинаковым и в процесе настройки число витков остается неизменным;2) симметрирующая пластина 6 должна быть установлена с зазором дх,А, относительно сердечника 4 равным величине зазо-ра др,А., соответствующего конечной точке диапазона измеряемых перемещений объекта контроля 5 (дх,А,= др.А,) и при настройке дх,А, = сопзс3) величина сопротивления резистора В выбирается соизмеримой с индуктивным сопротивлением измерительной обмотки (Я Хьзм,обм.) при номинальной частоте синусоидального напряжения, питающего обмотку возбуждения,При измерении перемещений объекта контроля иэ ферромагнитного материала заданной марки необходимо установить оптимальный угол сдвига фаз ф)о между напряжениями 01(др.) и 02(др,), позволяющий получить выходную характеристику датчика с заданной нелинейностью и,Установка оптимального угла сдвига фаз ф)оо осуществляется с помощью блока вариации 2, органом регулирования которого устанавливают частоты напряжения, которым питается обмотка возбуждения датчика, равными 11, 12, 1 з1 п в диапазоне частоты 1 - 10 кГц и на каждой частоте снимается выходная характеристика уЪых= 1(др). Выходные характеристики (фиг.4) снятые на разных частотах б 1, 12, 1 зЬ, эквивалентны выходным характеристикам, снятым при разных углах сдвига фаз между напряЖЕНИЯми 01(др) и 02(др) - фо 1, фо 2, фаз, акоп соответственно, Это объясняется тем, что на каждой частоте т 1, т 2, тз, .,тп, устанавливаемой с помощью блока вариации 2, измерительная обмотка (являющаяся элементомфазосдвигающей цепи типа . - В),имеет разные индуктивные сопротивления Х 1, Х 2, Хз, Х соответственно. Вследствие этого при изменении параметрафазосдвигающей цепи- Й, управляемоРблоком вариации частоты 2, каждой частоте т 1, 12, тз,тп соответствуют углы сдвига фаз ф 1, ф 2, фз, , фь между напряжениями 01(др) и О 2(др),Из семейства экспериментально снятых выходных характеристик (фиг,4) графическим путем выбирается характеристика с наименьшей нелинейностью п, которая заносится в формуляр (паспорт) датчика с указанием соответсвующей ей рабочей частоты и соответствуют определенному положению органа регулировки частоты блока вариации 2 с обозначением марки материала объекта контроля (например, сталь марки 20 Х 13).Аналогичным образом производится настройка с помощью блока вариации частоты 2 датчика для измерения перемещения и-количества объектов контроля из ферромагнитных материалов других марок и для каждого объекта контроля должно быть соответствующее положение органа регулирования частоты на блоке вариации 2 с обозначением марки материала объекта контроля (например, сталь марки 07 Х 16 Н 6) и соответствующая выходная характеристика, занесенная в формуляр (паспорт) с указанием рабочей частоты, Таким образом, при измерении перемещений обьектов контроля из разных ферромагнитных материалов необходимо орган управления блока вариации частоты 2 установить в положе ние, соответствующее марке материала, из которого изготовлен обьект контроля и для расшифровки результатов измерения ис"пользовать выходную характеристику, соответствующую данному материалу,1763870приведенному в формуляре (паспорте) и вследствие этого повышается точность измерения перемещений по сравнению с известным датчиком.Кроме того, дополнительным эффектомявляется упрощение способа измерения за счет того, что настройка датчика производится только с помощью изменения частоты 10блоком вариации 2, а в известном датчике настройка производится с помощью подборного резистора В, перемещения симметрирующей пластины и изменением числа витков секции компенсирующей измерительной обмотки.Использование предлагаемого трансформаторного датчика перемещений с фазовым выходом позволяет повысить точность измерения перемещений объектов контроля, изготовленных из ферромагнит ных материалов разных марок в 5 - 10 раз,а также упростить реализацию способа за счет использования при настройке датчика одного регулировочного элемента.Формула изобретения 25 Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом по авт.св. М 1627820, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения объектов контроля с различными электромагнитными свойствами, он снабжен последовательнс соединенными блоком вариации частоты источником синусоидального напряжения и согласующим блоком, вход блока вариации частоты соединен с выходом источника си нусоидального напряжения, а выход согла сующего блока соединен с двухсекционно обмоткой возбуждения.= ГОЙ ректор А Козо Редактор Т.Кузнецо Заказ 3449 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарин ю,х г ра,оставитель Н.Конаковхред М.Моргентал