Преобразователь линейного перемещения в код

СОГОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР)(56) Емельянов Н.Я, и др. Научно-технические основы управления ядерными реакторами, М,: Энер. гоиздат, 1961, с.203-204.Авторское свидетельство СССР М 1382378, кп.Н ОЗМ 1/26, 1986.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения регулирующего органа системы управления и защиты ядерного реактора и измерения перемещения регулирующего органа. Целью изобретения является повышение надежности пре(и) 1786983 дз) АНОЗМ 1 26 образователя, для чего в преобразователь линейного перемещения в код содержащий корпус, подвижный шток с установленными на нем подвижными элементами преобразования, неподвижные катушки индуктивности, установленные вдоль штока с ша - гом, кратным шагу установки подвижных элементов преобразования, блок обработки й источник сигналов, введен многополюсный многопозиционный переключатель, а подвижные элементы преобразования выполнены в виде катушек индуктивности, объединенных в группы и электрически соединенных в каждой группе между собой. Это позволяет при малых габаритах катушек производить их намотку меньшим числом витков существенно более толстого провода, что резко повышает надежность (срок службы) катушек в условиях повышенной температуры Кроме того, подвижные катушки в каждой группе могут быть включены встречно, что улучшает помехозащищенность и способствует дополнительному повышению надежности. 6 ип17869833 4Изобретение относится к измеритель- де катушек индуктивности, объединенных вной технике и может быть использовано для группы и электрически соединенных в кажопределения положения и измеренйя пере- дой группе между собой, полюсные выводымещений регулирующего органа системы многополюсного многопозиционного переуправления и защиты ядерного реактора." 5. ключателя соединены соответственно с выИзвестен преобразователь линейного ходом источника сигналов и второй группойперемещения в код, основанный на исполь- входов блока обработки, а его позиционныезовании мэгнитоуггравляемых-контактов,:выводы подключены к выводам неподвижЕго недоСтатками являются низкая на; ных катушек йндуктивности.дежность в условияхвысоких температур и "0 Эго позволяет в условиях конструктивнеудовлетворительйая точность, обуслов- ных ограничений, накладываемых нэ катушленная малым количеством линий связи и ки преобразователя, производить ихсоответственно магнитоуправляемых кон- . намотку меньшим числом витков сущесттактов, которые допустимо разместить венно болеетолстогопровод, что повыша-вдоль рабочего хода штока;"5 ет надежность преобразователя, КромеИзвестен преобразователь линейного того, предложенное техническое решениеперемещения вкодсистемцопределения по-дает возможность подвижные катушки вложения регулирующего органа ядернОго ре- каждой группе включить встречно, что обес-.актора, обладающий достаточной точностью печивает связь между катушкамивпротивопри малом числелиний связи, принятый. за 20 фазеи, тем самым, способствует улучшениюпрототип. Известный преобразователь вклю- " " помехоустойчивости, и, соответственно; почает катушки индуктивности в качестве чувст- вышению надежности.вительных элементов. Для получения На фиг. 1 приведена структурная схемаприемлемогоотношения уровня логическойпреобразователялинейногоперемещения в"1" куровню логического "0" в нем использу код; на.фиг, 2 - блокобработки, на фиг, 3-Бются многовитковые катушки, Из-за ограни- " -"другйе варианты осуществления преобраченноСти объема, в котором должны быть зователя линейного перемещения в код, "размещены катушки, для ихнамотки приме- . Преобразователь линейного г 1 еремещеняюттонкий провод.,.: :ния в код (фиг. 1)содержиткорпус 1, поНедоСтатком такого преобразователя 30 движйый шток 2, установленные на немявляетсяего не очень высокая надежность, подвижные элемейты преобразования, вы-порожденная тем, что при 200 - 300 С тон- полненныев виде подвижных катушек 3-1,кий провод окисляется и разрушается в сро - 2 индуктивности, неподвйжные катушкики, которые для перспективных реакторов 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 индуктивности, источникнеудовлетворительны. Ограничивает на 5 сигналов, мйогополюсный многопозицидежность и недостаточная помехозэщищен-онный переключатель б, блок 7 обработки,ность преобразователя, связанная с (количествоподвижныхкатушекЗисоответвлиянием на него внешних магнитных по- - ственнонеподвижныхкатушек 4 вреальныхлей и воздействием на собственное поле конструкциях преобразователей - при до-:;катушек соседних деталей из,магнитной 40 статочно большом диапазоне перемещениястали, особенйо опасным" в"случае"йодвиж-штока от 1,5 до 5 м и высоких требованиях к- ных деталей и значимом изменении их-маг- точности преобразования, может намногонитной проницаемости от температуры,превышать цифры, приведенные в данномЦелью изобретения является повыше- примере),Подвижный шток 2 сподвижныминие надежности преобразователя, . 45 катушками 3 размещен по одну сторону корЭта цель достигается тем, что в преоб- пусэ 1, При этом подвижные катушки 3 - 1,разователь линейного перемещения в код, 3-2 индуктивности объединены вединуюсодержащий расположенный по одну сторо- группу: электрически соединены между со-ну корпуса подвижный шток, на котором .бой.установлено и подвижных элементов преоб Неподвижные катушки 4 - 1, 4 - 2, 4 - 3, 4 -разователя, где п 2 - целое число, разме индуктйвности размещены йодругуюстощенные по другую сторону корпуса рону корпуса 1 и установлены. вдоль штокаподвижные катушки индуктивности; уста-2 с шагом, кратным шагу установки подвижновленные вдоль штока с шагом, кратным . ных катушек 3-1, 3-2 (на фиг 1 шаг размешагу установки подвижных элементов пре щения неподвижнйх катушек 4 равен шэгнш гуобразования, соединенные с первой груп- подвижных катушек 3),пой входов блока обработки, йисточйик Неподвижные катушки 4 размещенысигналов, введенмногополюсный мвогопо- вдоль штока 2 так, что подвижные катушкизиционный переключатель, а подвижные . 3 при съеме показаний оказываются наэлементы преобразователя выполнены в ви-. уровне неподвижных 4, При этом со ери, том создаетсядостаточно сильная индуктивная связь междуопределеннымй неподвижными катушками 4, например между 4-1, и 4 - 2 на фиг, 1,Источник 5 сигналов выполнен в видегенератора колебаний, . 5Многополюсный многопозиционныйпереключатель 6 реализован в данном примере в виде переключателя на три положения, два направления, Он может быть 10известным образом выполненв виде управляемого вентильного коммутатора, релейной сборки и т. д,Блок 7 обработки, предназначенныйдля выделения информативных сигналов ииндикации положения регулирующего органа; в варианте, изображенном на фиг, 2,представляет собой совокупность порогового устройства 8, элементов 9 совпаденийи индикаторов 10.Неподвижные катушки 4-1, 4-2, 4-3, 4 - 204 соединены с первой группой входов блока7 обработки.Полюсные выводы многополюсногомногопозиционного переключателя 6 соединены соответственно с выходом источника 5 сигналов и второй группой входов блока7 обработки, а его позиционйые выводыподключены к выводам неподвижных катушек 4-1, 4 - 2, 4-3, 4-4 индуктивности.На фиг, 1 неподвижные катушки 4 Объединены в группы, две из которых состоят изодной катушки каждая (4-2, 4 - 3), а одна из. двух, соединенных последовательно (4-1,4 - 4), При этом второй вывод катушки 4-1соединен не с общим проводом (землей), 3как для катушек 4 - 2, 4-3, 4-4, а с первымвыводом катушки 4-4,Объединение в группы (последовательное или параллельное) применяется при необходимости сократить число линий связи в 4условиях конструктивных ограничений, хотя это и йриводит к усложнению обработкиинформации. Последовательное соединение катушек 4 в группе, показанное на фиг,1, эффективно для случая, когда источник 5 4сигналов является генератором тока. связи символизирует, что свяэь может. сохранить фазу сигнала, наводимого с однойиз неподвижных катушек 4 на другуо, либо5 сдвигать фазу примерно на 180 ), Сигнал свыхода источника 5 поступает на полюсныйВЫВОД МНОГОПОЛЮСНОГО МНОГОПОЗИЦИОННОГОпереключателя 6, С позиционных выводовон проходит на первую группу входов блаха0 7 обработки и неподвижные катушки 4, Визображенном на фиг, 1 положении переключателя 6 сигнал поступает на катушки4 - 1. и 4-4 (фиг. 1) и первую группу входовблока 7 обработки,5 Протекающий через катушку 4 - 1 ток наводит в подвижной катушке 3 - 1 ЭДС, которая вызывает.ток в группе подвижныхкатушек 3-1, 3 - 2, Проходя через катушку3-2, он Возбуждает ток В соответствующейО неподвижной катушке 4 - 2, Этот сигнал поступает через позиционные и полюсный выВоды переключателя 6 на вторую группуВходов блока 7 Обработки,Блок 7 Обработки выполняет следую- .5 щие функции;1) выделение информативных сигналовот неподвижных катушек;2) установление, в том числс с участиемоператора, номебов соответствующих катушек и дешифровки по упомянутым номерамположения штока 2 в момент Опроса с последующей индикацией.В рассматриваемом примере (фиг, Ц вположении переключателя 6 сигнал с первой группы входов блока 7 обработки проходит на элемент 9 - 1 совпадений (фиг. 2), ас второй группы входов - напороговый элемЕнт 8, с которого на элЕменты 9 совпадений подается сигнал, разрешающийсрабатывание, Номер сработавшего элеПреобразователь линейного перемещения работает следующим образом.50Между каждой из подвижных. катушек 3 - 1; 3-2 и расположенной напротив нее неподвижной из ряда 4-1, 4-2, 4 - 3 и 4 - возникает индуктивная связь с коэффициентом55 Связи ( И=Кпяпп, тде и - козффици. ент, зависящий от конструктивных параметров подвижных и неподвижных катушек и РВССтОЯНИЯ МЕЖДУ НИМИ; ПИ Пл - ЧИСЛО витков неподвижной и подвижной катушек соответственно.Индуктивная связь между любыми двумя неподвижными катушками 4 через подвижные катушки 3 - 1 и 3-2, соединенные друг с другом, определяется коэффициентом ( и ) - 1 пн пп . Эпектроме 2 2 2 гнитная связь между неподвижными катушками 4, если по крайней мере одна из них не связана с подвижной, в идеале должна отсутствовать, но в действительности вследст-виепаразитных эффектов определяется коэффициентом. Й, причемЙ.1о оз . (Знак вектора над коэффициентоммента 9 совпадения индицируется индикатором 10 (в данном случае 10-1). Он показывает, между какими неподвижными катушками 4-1, 4 - 2, 4 - 3, 4 - 4 в рассматриваемой ситуации существует связь через подвижные катушки 3 - 1, 3-2, и тем самым идентифицирует положение штока 2.При перемещении штока 2 в любую другую точку шкалы переключатель 6 осуществляет новый цикл переключений, опрашивая неподвижные катушки.4.Использование связи между неподвижными катушками 4, через посредство подвиЖных катушек 3, объединенных в группы и электрически связанных между собой, дает возможность повысить отношение уровней логической "1" и логического "Оо по сравнению с известный устройством.Действительно, это отношение определяется выражением1 + ОПосколькудаже при меньшем, чем в устройстве-прототипе, числе витков можно получить достаточно большое отношение уровней логйческой "1" и логического "О". Как следствие; можно применять йамотку толстым проводом, который окисляется при высоких температурах медленно, значительно медленнее, чем тонкий провод. В результате повышается срок службы катушек 3, 4 и в конечном счете надежность преобразователяфДальнейшее повышение отношения уровней логической "1" и логического "Оо может быть достигнуто за счет встречного включения подвижных катушек 3, объединенных в группы пфпарно (фиг. 1 - катушек 3 - 1 и 3 - 2). При этом схема блока 7 обработки, показанная на фиг. 2, может быть сбхранена при условии, что пороговый элемент 8 будет инвертировать входной сигнал.В данном случае фаза информативного сигнала на выходе катушки 4 - 2, обусловленного передачей его с помощью пары соединенных между собой подвижных .катушек 3 - 1, 3 - 2 от катушки 4 - 1, будет противоположна фазе сигнала наводок, вызванных паразитными связями от той же катушки 4-1. Сучетомтогб,что )й )1 м 1 идентификация положения штока 2 осуществляется не только по уровню, но и по фазе, . инверсной фазе сигнала на выходе:источника 5. При этом внешние магнитные поля, а также изменение магнитной проницаемости и перемещение соседних деталей измагнитной стали оказывают существенноменьшее влиянке на результат.5 Рассмотреннный на фиг, 1, 2 пример непредполагает непосредственного участияоператора, при работе преобразователя.Участие операторов позволяет существенноупростить решение,10 При таком, т. е, неавтоматическом, съеме информации часть связей выражена внеявной форме - она реализуется через посредство оператора. На фиг, 3 показан подобный вариант выполнения15 преобразователя, в котором в качестве инструментальной части блока 7 обработки использован вольтметр, Здесь оператор понаблюдаемым показаниям вольтметра (максимальным показаниям) и наблюдаемому20 положению переключателя 6, схема соединений которого с неподвижными катушками .4 ему известна, сам определяет положениештока 2. Иными словами, оператор осуществляет визуальную связь неподвижных ка 25 тушек 4 с блоком обработки, часть функцийкоторого он фактически выполняет,В отсутствие оператора система работоспособна только при наличии оговоренныхсвязей в явном виде,30Если подвижные катушки 3 - 1, 3-2 в.примере на фиг, 3 включены встречно, тоупомянутый выше вольтметр должен бытьфазочувствительным, реагирующим на сигнал с фазой, противоположной фазе от ис 35 точника 5 сигнала, и, следовательно, долженбыть связан с источником 5 сигнала,Если в качестве источника 5 сигнала используется генератор напряжения, то соединение неподвижных катушек 4 в группах40 желательно выполнить параллельным,На фиг, 4 показан вариант реализацииподобного преобразователя с тремя группами неподвижных катушек, из которых двесостоят из одной катушкикаждая (4 - 2 и 4-3),45 а одна - из двух, соединенных параллельно(4-1, 4-4), Еслижесткие конструктивные ограничения отсутствуют и допустимо несколько увеличенное количество линийсвязи, можно все неподвижные катушки 450 соединять с переключателем 6 отдельнымипроводами, Подобный вариант преобразователя изображен на фиг, 5. Количество ин-.дицируемых точек при двух подвижныхкатушках 3 определяется как а, где е - количество неподвижных катушек 4. Увеличение количества индицируемых точек может быть в общем случае достигнуто как за счет количества неподвижных 4, так и подвижных 3 катушек. О авидно, например, что при двух подвижных катушках 3 и семи1706993 10 неподвижных 4 может индицироваться 6 положений, При увеличении количества подвижных катушек 3 и объединении их внесколько групп число точек также увеличивается, но при этом зачастую часть неподвижных катушек 4 можно исключить. Инымисловами, неподвижные катушки 4 будут расположены неравномерно, но на расстоянии,кратном шагу подвижных катушек 3,Это случай иллюстрирует фиг. 6, На ней 10показан преобразователь, содержащийшесть неподвижных катушек: 4 - 1, 4-2,4-6 ипять подвижных, объединенных в группы:3-1, 3-2. 3-3, и 3-4, 3-5. Между катушками4-4 и 4-5 оставлен пропуск. Положение 15штока 2 определяется по выявленной связимежду следующими катушками: 4-1, 4-2; 42,4 - 3;4 - 1,4 - 2 и 4 - 3,4 - 4;4 - 1,4 - 2,4-3; 4-2,4 - 3, 4 - 4; 4 - 3, 4-4 и 4 - 5, 4 - 6; 4 - 4, 4 - 5; 4 - 5,4 - 6. Всего в этом примере идентифицируется восемь точек,Блок 7 обработки в этом примере аналогичен показанному на фиг. 2, с той лишьразницей, что здесь должно использоваться25 щийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, в него введен многополюсный многопозицион ный переключатель, а подвижные элементы преобразования выполнены в виде катушек индуктивности, объединенных в группы и электрически соединенных в каждой группе между собой, полюсные выводы многополюсного многопозицион ного переключателя соединены соответственно с выходом источника сигналов и второй группой .входов блока обработки, а его позиционные выводы подключены к выводам неподвижных катушек индуктивности. Формула изобретения ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий расположенный по одну сторону корпуса подвижный шток, на котором установлено и подвижных элементов преобразования, где и2 - целое число, размещенные по другую сторону корпуса неподвижные катушки индуктивности, установленные вдоль штока с шагом, кратным шагу установка подвижных элементов преобразования, и соединенные с первой группой входов блока обработки, и источник сигналов, отличгювосемь элементов 9 совпадений и восемь индикаторов 10, причем элементы.9 совпадений выполнены многовходовыми.Предложенное техническое решение может быть использовано как в случае по.- строения данного преобразователя с обычной комбинаторной шкалой, так и в случае шкалы с циклическим повторением кодовых комбинаций (последний вариант может найти применение, когда число линий связи должнб быть предельно ограничено).Таким образом, по сравнению с прототипом, данный преобразователь позволяет при малых габаритах катушек индуктивности производить их намотку меньшим числом витков существенна более толстого провода, что резко повышает надежность (срок службы) катушек в условиях повышенной температуры и, соответственно, преобразователя в целом, Кроме того, подвижные катушки в каждой группе, могут быть включены встречно, что улучшает помехозащищенность и способствует дополнительному повышению надежности.1786983 Фиг. 6Составитель К.СапожниковаТекред Ч. Моргентал Ко 1 ректор " фи едактор Заказ 1190 Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская каб., 4/5 Произво венно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. Ул.1 агарина, 101