Измерительный преобразователь величины потока магнитного поля

(51)5 6 01 В 33/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН лл КОМУ СВ В ЕТЕЛЬСТВ сти о ДММ П;на хема ИПГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) ОСТ 5,6097 - 76, Характеристики магнетине ферромагнитных масс, Методы измерений. Введен 01.07.77, М., с, 42 - прототип. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЕЛИЧИНЫ ПОТОКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Применение: область измерительной техники, является чувствительным элементом магниточувствительных приборов и может быть использовано в устройствах для измерения изменяющихся величин. Суть изобретения: измерительный преобразователь величины потока магнитного поля, содержащий систему обмоток, в которой пары измерительных и компенсационных контуров соединены последовательно - встречно,Предполагаемое изобретение отно сится к области измерительной техники является чувствительным элементом магни тоизмерительных приборов и может быт использовано в устройствах для измерени изменяющихся магнитных величин. Целью предполагаемого изобретени является повышение точности результато преобразования и упрощение конструкци ПИП,На фиг.1 изображен заявляемый И фиг.2 изображена принципиальная с соединения измерительных контуров на фиг.3 изображен общий вид стенда измекаждая пара расположена соответственно на внутренней и внешней цилиндрических поверхностях немагнитного каркаса, имеющих общую осьсимметрии, система обмоток состоит из двух пар измерительного и компенсационного контуров, снабжен коммутатором при этом пары измерительных и компенсационных контуров расположены в двух пересекающихся плоскостях, линия пересечения которых пересекается с осью симметрии цилиндрических поверхностей немагнитного каркаса под прямым углом, немагнитный каркас и упомянутые контура расположены так, что проекции оси симметрии цилиндрических поверхностей немагнитного каркаса на каждую плоскость в которой они расположены, образуют равные углы с этой осью, а первая пара измерительного и компенсационного контуров, расположенных в одной плоскости, соединены последовательно со второй парой измерительного и компенсационного контуров, расположенных в другой плоскости через коммутатор, 4 ил,рения ДММ, с входящим в его состав ПИП, укомплектованным заявляемыми ИП,На фиг.4 приведены графики погрешнопределения поперечной составляющей , обусловленной смещением центра ДММ относительно центра ИП для заявляемого ИП и прототипа.Заявляемый измерительный преобразователь (см, фиг,1) содержит измерительные обмотки 1, 2, 3, 4, содержащие И/. И/2. Юз, Ю 4 витков соответственно. Все измерительные обмотки ИП выполнены плоскими, т,е. средняя линия каждой Обмотки лежит в плоскости.Первая пара обмоток 1 и 2 лежит в первой плоскости, а вторая пара обмоток лежит во второй плоскости. Линия пересечения этих двух плоскостей образует воображаемую ось 0 0", Расположим декартовую сис тему координат ХУЕ в центре оси 0 О" так, чтобы ось У совпадала с осью О 0", а плоскость У 2. делила двугранный угол двух плоскостей пополам и образовывала с ними угол10Измерительные обмотки ИП расположены на немагнитном каркасе 5. Внутренняя и внешняя поверхности каркаса 5 являются частями цилиндрических поверхностей с общей осью симметрии ОХ. Образующие цилиндрических поверхностей каркаса 5 могут иметь форму круга, эллипса, а также многоугольника, вписанного в круг или эллипс, с числом сторон 2 п (где и = = 2,3,4). 20Обмотки 1, 3 лежат на внутренней, а обмотки 2, 4 - на внешней цилиндрических поверхностях немагнитного каркаса 5,На каркасе 5 расположен коммутатор 6, В системе обмоток (см,. фиг,2) измери тельные обмотки первой пары - 1 и 2 соединены между собой последовательно и встречно. Измерительные обмотки второй пары - 3 и 4 также соединены между собой последовательно и встречно, Один конец ЗО провода первой пары измерительных обмоток соединен с коммутатором 6, а два конца провода второй пары измерительных обмоток также соединены с коммутатором 6. Свободные концы провода первой пары З 5 системы измерительных обмоток и провод от коммутаторов образуют выход системы измерительных обмоток, Выход системы измерительных обмоток соединен со входом измерительного прибора (на фиг.2 не пока зан). Коммутатор 6 имеет два положения Х и Х. При нахождении коммутатора 6 в положении Х начало измерительной обмотки 2 соединено через коммутатор 6 с началом измерительной обмотки 4, а начала измери тельных обмоток 1 и 3 (через коммутатор 6) образуют выход системы обмоток. При нахождении коммутатора 6 в положении Х начало измерительной обмотки 2 соединено через коммутатор 6 с началом измеритель ной обмотки 3, а начала измерительных обмоток 1 и 4 (через коммутатор 6) образуют выход системы обмоток.Заявляемый измерительный преобразователь конструктивно может быть выполнен следующим образом,Каркас 5 ИП изготовлен, например, изстеклотекстолита, кварца, дерева и прочих немагнитных материалов и их сочетаний, Измерительные обмотки 1-4 намотаны медным или алюминиевым проводом с изоляционным покрытием. Измерительные обмотки . 1-4 фиксируются на каркасе 5, например, с помощью клея или крепежных скоб (на фиг.1 не показаны), Коммутатор 6 может быть любым коммутирующим устройством, например, двухпозиционным переключателем и располагаться на каркасе 5 ИП (см, фиг,1) либо вне его. Измерительный прибор, к которому подключен выход системы измерительных обмоток, - микровеберметр, например Ф 191 или Ф 199.Геометрические размеры и числа витков в измерительных обмотках ИП, а также угол а. выбирают из предполагаемых наибольших поперечных размеров исследуемого объекта и ожидаемой величины его ДММ, а также типа применяемых измерительных приборов,В случае, если цилиндрические поверхности ИП имеют, образующими квадраты со сторонами 2 а и 2 а(где1), то числа витков в измерительных обмотках ИП должны удовлетворять условиям; ЧЧ 1 = ВIЗ =В 2 =Ю 4, В/131= = И 22, В/3ЯЗ = ЧЧ 454, фвах 4 йх1 - зи За р, где В/1 - числа витков в 1-й измерительной обмотке,3 - площадь, ограниченная средней линией 1-й обмотки,2 а - сторона образующей внутреннего квадратного цилиндра системы измерительных обмоток,,ио = 4 л 10 Гн/м - магнитная постоянная,Мт - ожидаемая величина составляющей вектора ДММ (А м ), параллельной оси Е.При выводе формул (1) допускалось, что, толщина измерительной обмотки много меньше стороны квадрата образующей цилиндрической поверхности.В состав стенда измерения ДММ (см. фиг,З) входит ПИП 7, В состав ПИП входят три системы измерительных обмоток для определения продольной Мх (параллельной оси Х), поперечной Му (параллельной оси У) и вертикальной Мг параллельной оси Е) составляющих вектора ДММ. Первая системас входящимрежиме по измерительных обмоток для определения Меру ДММ 10 на Мх и ентична иеру Д на самоходной плвтфоридентична первой измерительной систе- ме 9 перемещают сквозь ПИП 7, И эмериро отипа и содержит две обмотки с тельные приборы 11, 12, 13 изме яют числом витков ЧЧ 5, ЧЧ, Ра к в 5, в, асположена она визменение величины магнитного потока меы измеряют плоскости УЛ и ее геомет ичес ири еский центр 5 ры ДММ 10, пронизывающего три системы совпадает с центром системы координат измерительных обмоток ПИП 7, Эти иэме(см, фиг.1). Вторая система измерительных ренные величины магнитного потока фиксиобмоток для определения Му идентична за- руются регистрирующими приборами - являемому ИП (см. фиг.1) но развернута в самописцами 14, 15, 16, Поиэвестнымфорпространстве вокруг оси Х на 90 и ее гео мулам находят метрический центр совпадает с центром системы координат(см фиг 1) Третья систее ыи ИП. Па раллельно оси Х сквозь ПИП 7 проходит 15 рельсовый путь 8, по которому на самоход ной платформе 9 сквозь ПИП 7 перемещают 2 ( ЧЧ 2 - ЧЧ источник ДММ 10 (меру ДММ или исследуемый объект) с компонентами вектора ДММ Мх, Му, М. В ыходы трех систем измеритель М, -1 ных обмоток подключены ко входам изме,ио ЧЧ 2. - ЧЧ 1 ) - м рительных приборов 11, 12, 13, результаты измерений которых регистрируют самопис(2) цы 14, 15, 16 (соответственно). Вторая сис- где р = 4 гг 1 тема измерительных обмоток ПИП 7 25 янная, соединена (аналогично заявляемому ИП) с ЧЧ 5, ЧЧ - числ измерительным прибором 12 че ез. комм 5, 6 - число витков в измерительныхпри ором через комму- обмотках первой системы измерительных татор 17, который имеет положение Х и У обмоток ПИП 7( (соответствующее Е у заявляемого ИП). ), р ц есооб аэно и исоответствуют ЧЧ 1 и ЧЧ 2 и ототипа), на практике целесооб аэно и и- использоваться любые самописцы с непре- Ф,х), Ф (х) Ф (х) - ывной запи ьх(х), у(х), Фг(х) - измеренные измерир аписью на диаграммной ленте, на- тельными и иб 11 12 13 пример, КСП,ри орами величинымагнитного потока меры ДММ 10 (Вб),Заявляемое устройство работает следу- Мх,М М ющим образо 35х, у, М - три значения компонент ПИП имеет вамагнитного момента меры ДММ 10, опредеимеетдва режима работы: первый ленныеспомо ьюпи мощью первой, второй и третьей мерений., второй - режим из- систем измерительных обмоток ПИП 7,В режиме поверки ПИП происходит Величины Мх, Му, Мр сравнивают с паспроверка работоспособности и результатов 40 портной вели ДММ преобразования всех трех измерительныхпортной величиной ММ мерц и вычисляют систем, входящих в ПИП 7, о нов еменПИП 7, одновременно иэ трех систем измерительных обмоток ПИП путем определения величины ДММ мерц 10 7 и сравнением результатов с паспортными данными меры ДММ. 45 Мх - МВ режиме измерения проирходит апре- т"ррЖ деление вектора ДММ исследуемого объекМ та 10.Рассмотрим работу ПИП 7в его состав заявляемым ИП в 0 верки.В режиме поверки коммутаторы 17 и 6 (см. фиг.2 и фиг,3) устанавливают в положение Х, На самоходную платформу 9 (см. фиг 3) устанавливают мер ДММ 10 так что бы ось меры совпадала с осью Х ПИП, В М па и этом случае компоненты вектора ДММ мерыМ - паспортное значение величины будутмеРы ДММ меры 10. Мх=М,Му=О, Мт "О,Из анализа величин дх, ду, д, и сравнения их с заданными для ПИП делается вы 1810851(где Мх, Му, Мг - три ортогональных составляющих искомой величины вектора ДММ изделия 10) вычисляют величины трех ортогональных составляющих искомого вектора ДММ изделия 10,На практике бесконечные пределы интегрирования в системах уравнений (2) и (3) означают, что измерения ведутся, начиная и кончая такими величинами отстояний от ПИП 7 вдоль рельсового пути 8, на которых изменения магнитных потоков меры ДММ или изделия 10, пронизывающих ПИП 7 при перемещении их на самоходной платформе 9 по рельсовому пути 8 не могут быть зарегистрированы измерительными приборами 11. 12. 13. вод о работоспособности ПИП 7 и о величи. нах погрешностей преобразования каждойизтрех систем измерительных обмоток ПИП7.Поверку всех трех систем измерительных обмоток ПИП 7 осуществляют за одноперемещение меры ДММ 10 сквозь ПИП 7одновременно, Тем самым повышают достоверность определения величин и достигают единообразия при определении этихвеличин, Кроме того, не менее, чем в 3 разаснижается время, необходимое для поверкиПИП 7.На этом режим поверки закончен,После окончания режима поверки приступают к режиму проведения измерения.На самоходную платформу 9 устанавливаютизделие 10 - источник ДММ неизвестнойвеличины,Коммутаторы 17 и 6 устанавливают вположения У и 2 соответственно.Иэделие 10 на самоходной. платформе 9перемещают сквозь ПИП 7, Измерительныеприборы 11, 12, 13 измеряют изменение величины магнитного потока ДММ изделия 10,пронизывающего три системы измерительных обмоток ПИП 7, Эти измеренные величины магнитного потока фиксируютсярегистрирующими приборами-самописцами 14, 15, 16, По известным формулам: Учитывая тот факт, что координаты приложения вектора ДММ изделия неизвестны.то результат измерения выглядит следующим образом:5Му- Му(1 -ду/100),М = М(1 + д/100).10 где ду, д - погрешности второй и третьейсистем измерительных контуров ПИП 7.На фиг,4 приведены графики погрешности д в зависимости от смещения центра координат диполя д = г/а (где: г - расстояние от текущей точки до центра ПИП) в плоскости У 2 вдоль оси У, 2 по биссектрисам осей квадрата У 2, соответственно для прототипа - графики 18, 19, 20, и для заявляемого ИП - графики 21, 22, 23. Зависимости погрешностей для ду аналогичные. Из сравнения графиков погрешностей видно, что при одних и тех же смещениях координат центра ДММ изделия 10 относительно центра ПИП 7 погрешности смещения для про тотипа выше, чем для заявляемого ИП, Изэтого следует, что вектор М ДММ изделия 10М=М 1+М)+МКпри использовании заявляемого ИП будет определен с меньшей погрешностью,чем при использовании прототипа.Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый преобразователь позволяет снизить величины погрешностейду и д, приблизительно на порядок за счеттого, что обмотки измерительного преобразователя расположены во взаимно пересекающихся плоскостях и соединены между40 собой через коммутатор,Формула изобретенияИзмерительный преобразователь величины потока магнитного поля, содержащийсистему обмоток, в которой пары измери 45 тельных и компенсационных контуров соединены последовательно-встречно, каждаяпара расположена соответственно на внутренней и внешней цилиндрических поверхностях немагнитного каркаса, имеющихобщую ось симметрии, система обмоток состоит из двух пар измерительного и компенсационного контуров, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности результатов преобразования и упрощенияконструкции, он снабжен коммутатором,при этом пары измерительных и компенсационных контуров расположены в двух пересекающихся плоскостях, линияпересечения которых пересекается с осью10 1 В 1085 3 фиг,1 симметрии цилиндрических поверхностей немагнитного каркаса под прямым углом, немагнитный каркас и упомянутые контуры расположены так, что проекция оси симметрии цилиндрических поверхностей немаг нитного каркаса на каждую плоскость, в которой они расположены, образуют равные углы с этой осью, а первая пара измерительного и компенсационного контуров, расположенных в одной плоскости, соединена последовательно с второй парой измерительного и компенсационного контуров, расположенных в другой плоскости, через коммутатор, 1810851ставитель Д,макаренкохред М.Моргентал Корректор, Е.Папп Тираж ПодписноеИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5