Индуктивный датчик линейных перемещений

,Ф фь СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 700(5)5 ЕТЕНИ АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВ хническии институт Б,Скоробрехава и др, Схемотехника этелей перемещений., 1987, с.592, др, Электромагнитеских величин. - М.: 7, с.222 - 224,ЕИНЫХ еритель- повышетрукции ремещежит вылиндра ощий на установконс хпе одер о ци име саи ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(46) 23,03.93, Бюл, М 1 (71) Рязанский радиот (72) В,П.федоров и О. (56) 1. Домрачев В.г. циФровых преобразав - М.: Энергоатомиэда2. Конюхов Н.Е, и ные датчики механич Машиностроение, 198(54) ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ЛИ ПЕРЕМЕ.ЦЕНИЙ(57) Изобретение относится к из ной технике, Цель изобретенияние надежности и упрощение индуктивного датчика линейны ний винтового типа. Датчик с полненный в виде полог неподвижный магнитоп ровад, внутренней поверхности полю Изобретение относится к вычислительной технике, а именна к устройствам измерения перемещений исполнительных органов машин (например, поршней, насосов), работающих ва взрывоопасной среде на значительном удалении от остальной части системы управления и контроля,Целью изобретения является повышение надежности и упрощение путем сокращения количества соединительных проводов, протянутых к удаленному и работающему во взрывоопасной среде датчику положения при сохранении возможности п 9).Б 2 ао 1803719 А 1 ленный на его продольной оси с возможностью линейного перемещения безобмоточный ферромагнитный якорь с пазами, образованными винтовой канавкой на его внешней поверхности. Полюса статора набраны иэ двух- и трехзубцовых пластин с несимметричным расположением зубцов на них, которые образуют хотя бы четыре полюса, состоящих из различного количества зубцов в них. Толщина пластин, образующих полюса, равна 1/4 шага винтовой канавки, а размещенные на полюсах статора четыре катушки индуктивности соединены последовательно. Благодаря переменной площади полюсов, суммарная индуктивность катушек на полюсах статора, включенная в последовательный резонансный о контур, изменяется нелинейно в функции линейного перемещения якоря, что позволяет упростить схему обработки сигналов и сократить количество соединительных проводов. 11 ил. определения этим датчиком направления .движения,На фиг,1 представлено главное изображение конструкции индуктивного датчика линейных перемещений; на фиг.2 и 3 - поперечный разрез Я-А и продольный горизонтальный разрез Б-Б; на фиг.4- развертка поверхности якоря с показанными пунктиром проекциями на эту поверхность зубцов пластин статора; на фиг. 5 - 8 показаны образующие магнитопровад статора пластины в порядке их сборки; на фиг.9 - зависимость суммарной индуктивности ), паследова1803719тельно соединенных катушек полюсов ста- является вы о о лт я выходом логического блока, сигтора; на фиг.10 - функциональная схема нал с которо о(1 О)го( или ) определяет прямойформирования электрических сигналов о ве- или обратны (о ратныи (реверсивный) счет импульсовличине и направлении измеряемого пере- с выходавыхода нуль-органа 16. Вход нуль-органамещения Х на основе соответствующего 5 (и всего логичес б 14)кого лока ) подключен кизменения индуктивности катушек; на выходу фазаыходу фазочувствительного демодулято афиг,11 - зависимости от Х напряжений 13,у рвыхода отдельных элементов функцио- Датчик работает сле ю им бнальной схемы,отает следующим образом.Суммарная индуктивностькатушекДатчик содержит одноэаходный ферро- "0 полюсов стенторат.тора является периодическойй измеряемого премещения Хмагнитный винт 1 (фиг,1) и охватывающий функцией изме яего статор 2, имеющий, например, четыре (фиг,9), Какследуе фледует из графика зависимостиполюса с размещенными на них катушками 1 ,Х) за о.р , ), за один период Тх можно выделить3 - 6 индуктивности (фиг,2), Магнитопровод четыре области сти с различными зкстремальстатора набран иэ прилегающих друг к дру- "5 ными значен, ченгями индуктивности 1;, Эти4 шг вгуферромагнитныхпластин 7 - 10 толщиной значения условно мо б- условно могут ыть выражены по/ шага винта и ориентированных перпен- слецовательность 1 + 2,тью О -О 1- 1-о + .дикулярно его оси, Зубцы всех пластин 7 - с,-21,10 обращены к поверхности винта и образу-Аналогичнологичноизменеятся напряжениеют четыре симметричные относительно его 20 О 1 з(фиг.11,а) на выходефазочувствитсльнооси секторные гребенки - полюса статора го демоцулятора 13, Э(фиг 1 - 31- ра, то напряжение форве снимаемого с резистора(фиг.1 - 3 состоящие из различного количе- мируется на основе снимства зубцов в них. Проекции этих зубцов на 11 (фиг.10) сигнала об измеряемом перемеповерхность винта очерчены на фиг.4 пукти- щении. Высосал чувск я чувствительность рассматром, зоны повышенной магнитной проводи риваемой схемх мы к изменению величинымости заштрихованы; Уаэанной геометрии суммарной индуктивности - катушек обесмагнитного зазора состветствует следую- печивается выборар и частоты питающего нащее взаимйое расположение составляющих пряжения О из условиз условия резонанса примагнитопровод пластин: между парой трехзубцовых пластин 7 и 10(фиг,5 - 8) введены 30 Формирование выходного сигнала лодвухэубцовые пластины 8 и 9 с углом между гического блока на основе напряжения О 1 эосями зубцов каждой из них 90 . При этом поясняется зависимостями напряжений вы.х от перемещения Ходинаксвые пластины в каждой иэ пар по- хода отдельных схем от пе Хта на 180вернуты между собой относительно оси вин- (фиг.11), При постоянной скорянной скорости переме 35 щения эти зависимости являются также вреНа полюса статора с несимметричным менными. Напрякение О 22(Х) на выходерасположением зубцов в них надеты катуш- триггера 22 повторяю фк 3 - 6 индуктивности(фиг,2),Онисоставля- ния О 21(Х) и сдвинуто относительно него наютдвепарыЗи 5 - 6,вкаждойизкоторых четверть периода Тх, как показано накатушки включены между собой согласно. 40 фиг;11,е, для условно прямого направленияКатушки разных пар вкл 1 очены встречно движения. Сигнал на выходе схемы 24 сло(фиг,10),Такое включение при несимметрич- кения поодулю 2 при эу при этом изменяется вном расположении зубцов на пластинах зависимости от Х согласно фиг.11, ж. Приобуславливает асимметричный характер за- перемене направления гперемещения на вывисимости суммарной индуктивности ка ходе триггера 22 по-прежнему будет присуттушек от измеряемого перемещения Х по ствовать тот уровень сигнала (1 или О),отношению к его направлению (фиг.9). который в предыдущую четверть периода ТхСхема формиоования на основе величи- имел напряжение О 21. Очевидно что дляны- электрических сигналов о величине и обратного направления напряжение О 22 бунаправлении перемещения Х содержит 50 дет инверсным по отношению к напряже(фиг.10) помимо катушек 3 - 6 включенные нию О 22 в прямом направлении: О 22 = О 22последовательно с катушками резистор 11 и (здесь индексы Т и В соответствуют направконденсатор 12, фазочувствительный демо- лениям "туда" и "обратно" ); эпюра О 22 надулятор 13 и логический блок 14 для иденти- фиг,11 не показана.фикации направления перемещения, В этот 55 Реальные параметры предлагаемогологический блок входят (фиг,10): дискрими- датчика представлены ниже применительнонатор уровня 15, нуль-орган 16, инвертор к случаю измерения линейных перемещ, диоды 18 - 20 диэьюнктор 21, двухтакт- ний плунжера насоса для перекачки жидкихный триггер 22, усилитель-формирователь, нефтепродуктов, При разрешающей спо 3, схемы сложения 24 и 25. Выход схемы 25 собности 5 импульсов на 1 мм хода толщинапластин датчика должна быть 0,2 мм, а шаг винта - 0,8 мм. Рабочая длина винта должна быть больше полного хода плунжера (90 мм) на толщину пакета пластин статора. С точки зрения повышения качества датчика до бротность его обмоток и, следовательно, их индуктивность надо увеличивать наращиванием числа пластин в пакете, однако это требует повышения точности изготовления элементов датчика. Если ферромагнитный 10 винт изготовлен с накопленной погрешно- . стью шага не более 10 мкм, а погрешность толщины пластин того же порядка частично компенсируется при сборке, реально набрать пакет охватывающего винт сердечни ка из четырех-пяти "квартетов" пластин, по паре двухполюсных и трехполюсных пластин в каждом. Толщина пакета, таким образом, получается - 4 мм. Как показывают эксперименты, наибольшая добротность 20 обмоток достигается при частоте питающего напряжения 1 кГц.Расстояние от датчика до вторичного блока может достигать 1000 м. Существенно и то, что датчик работает во взрывоопасной 25 среде, Зти особенности применения предопределяют целесообразность уменьшения количества содинительных проводов для упрощения измерительной системы и снижения вероятности искрообраэования,Формула изобретения Индуктивный датчик линейных перемещений, содержащий неподвижный магнитопровод, выполненный в виде полого цилиндра с полюсами на его внутренней поверхности, расположенный на его продольной оси с возможностью линейного перемещения безобмоточной ферромагнитный якорь с пазами, образованными винтовой канавкой не его внешней поверхности, и размещенные на полюсах статора катушки индуктивности, отл ич а ю щий ся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения путем сокращения количества соединительных проводов, полюса статора набраны из двух- и трехэубцовых пластин с несимметричным расположением зубцов на них, образующих хотя бы четыре полюса, которые состоят из различного количества зубцов на них, толщина каждой пластины равна 1/4 шага винтовой канавки, а катушки индуктивности соединены между собой последовательно.1803719О Я д) ) / 24 ОСоставитель В. Федоро Редактор Е, Полионова Техред М, Моргенталктор Л Фил аказ 1 О 47 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент"., г, Ужгород, ул,Гагарина, 10