Датчик линейного перемещения

 

ДАТЧИК ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ , содержащий два параллельно расположенных магнитопровода, соединеннцх по концам основными магнитопроводящими перемычками,- на которых расположены секции обмотки возбуждения, два основных стержня, на которых расположены секции распределенной обмотки под№ агничивания, и якорь, о т л ичающийся тем, что, с целью расширения диапазона измер гния и повышения точности датчика, в него введены два дополнительных стержня с перемычками , стержни соединены одним из торцов с внутренней стороны соответствующего параллельно расположенного магнитопровода и смещены один относительно другого, каждый дополнительный стержень расположен над срответствующим основным стерж- . нем и связан с ним дополнительной магнитопроводящей перемычкой, между основными и дополнительными стержнякш перпендикулярно к ним расположен якорь. оо si ж

СОКИ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТКРЫТИЙ (21) 3367200/18-24 (22) 23. 12. 81 (46) 23.04.83. Бюл. Р 15 (72) А.М.Пугин (71) уфимский. авиационный институт

-им. Орджоникидзе (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 172655, кл. G 08 С 9/04, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 156872, кл. G 08 С 9/04, 1960. (54) (57) ДАТЧИК ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ; содержащий два параллельно расположенных .магнитопровода, соединенmm по концам основными магнитопроводящими перемычками, на которых расположены секции обмотки возбуждения, два основных стержня; на которых рас„„ЯО.„3013760

3 @<019 5 22 Q 08 С 9 04 положены секции распределенной обмотки подмагничивания, и якорь, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения точности датчика, в него введены два дополнительных стержня с перемычками, острые стержни соединены одним из торцов с внутренней стороны соответствующего параллельно расположенного магнитопровода и смещены один относительно другого, каждый дополнительный стержень расположен над соответствующим основным стержнем и связан с ним дополнительной магнитопроводящей перемычкой, между основными и дополнительными стержнями перпендикулярно к ним расположен g якорь.

1013760

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений, а именно к датчикам линейного перемещения.

Известен двухтактный дифференциальный датчик линейных перемещений, 5 содержащий магнитную систему, состоящую иэ двух параллельно расположенных Ш-образных сердечников с обмотками возбуждения, в пазах средних стержней сердечников (. . 10

Недостатком этого датчика является небольшой диапазон измеряемых линейных перемещений и нелинейность выходной характеристики, зависящие от площади перекрытия стержня и якоря, которая в данном датчике невели- ка,поскольку ограничена габаритными размерами последних.

Наиболее близким по своему техническому решению к предлагаемому изобретению является датчик линейного перемещения, содержащий замкнутый магнитопровод и два параллельно расположенных стержня, соединенных по концам магнитопроводящими перемычками, а внутренние стержни направлены встречно и параллельно боковым сторонам магнитопровода. На стержнях размещены обмотки возбуждения, которые соединены согласно, а на пере- 30 мычках магнитопровода размещены секции обмотки подмагничивания, включен- . ные встречно.В пазу между элементами установлен якорь с возможностью перемещения в плоскости, параллельной 35 плоскости продольного сечения магнитопровода t 2 j.

Недостатком этого датчика является небольшой диапазон измеряемых линейных перемещений и нелинейность выход-40 ной характеристики, так как площадь перекрытия стержня якорем невелика, а величина рабочего воздушного зазора между якорем и магнитопроводом большая и нестабильная в процессе работы.45

Также нестабильно и число витков обмотки, создающих магнитный поток.

Цель .изобретения — расширение диапазона измеряемых линейных пере.мещений при одновременной линеари- 50 эации выходной характеристики,-а следовательно, и повышение точности датчика.

Поставленная цель, достигается тем, что в датчик линейного перемещения, содержащий два параллельно расположенных магнитопровода, соединенных по концам основными магнитопроводящими перемычками, на которых расположены секции обмотки возбуждения, два основных стержня, на кота-60 рых расположены секции распределенной обмотки подмагничивания, и якорь, введены два дополнительных стержня с перемычками, основные стержни соединены одним из торцов с внутренней 65 стороной соответствующего параллельно расположенного магнитопровода и смещены один относительно другого, каждый дополнительный стержень расположен над соответствующим основным стержнем и связан с ним дополнительной магнитопроводящей перемычкой, между основными и дополнительными стержнями перпендикулярно .к ним расположен якорь.

На фиг.1 показан датчик, общий вид; на фиг.2 — схема соединения обмоток датчика и распределение магнитных потоков.

Датчик линейного перемещения содержит два параллельно расположенных магнитопровода 1 и 2,соединенных по концам перемычками 3 и 4, два основных стержня 5 и 6, два дополнитель. ных стержня 7 и 8 с перемычками 9 и 10, секции 11 и 12, обмотки возбуждения секции 13 и 14,обмотки подмагничивания и якорь 15. Магнитопроводы 1 и 2 с перемычками 3 и 4 образуют общий замкнутый магнитопровод

16.

-Датчик линейного перемещения работает следующим образом.

При подаче напряжения переменного тока на секции 11 и 12 обмотки возбуждения каждая иэ них создает в общем магнитопроводе 16 магнитный поток.

Так как секции 11 и 12 обмотки возбуждения включены последовательно согласно, то общий магнитный поток

Ф <6 (фиг.2 ) замыкается по магнитопроводам 1 и .2 перемычками 3 и 4. ра

При подаче постоянного напряжения на обмотку подмагничивания сеКция 14 (или 13) этой обмотки создает постоянный магнитный поток, Ф„1 (или Ф ), который замыкается через стержень 6 или 5), воздушный зазор др, магнитопровод 16. В магнитопро- воде 16 магнитный поток Ф 1 или, Ф„2 разделяется на две части, одна из которых замыкается через перемычку 4,другая — через перемычку 3. В перемычке 4 магнитный поток Ф 1 направлен согласно с Магнитным потоком

Ф ., магнитный поток Ф 2 — встречно Ф„ б., а между собой эти потоки направлены встречно. В перемычке 3 магнитный поток Фп, направлен встречно Фр б., Фд2 — согласно с Ф С.6., а между собой эти потоки направлены встречно. Такое распределение магнитных потоков Ф „ и Ф„ достигается эа счет последовательно-встречного включения секции 14 и 13 обмотки подмагничивания.

Магнитные потоки Фп 1 и Фп2 ют магнитную проницаемость всего магнитопровода 16,т.е. его магнитное сопротивление Р„ для магнитного потока Ф б., что ведет к изменению тока в секции 11 и 12 обмотки возбуждения, а следовательно, и в сопротив1013760 лении нагрузки, подключенном к этой обмотке.

В датчике при перемещении контролируемого объекта якорь 15 движется вдоль основных стержней 5 и б и вдоль дополнительных стержней 7 и 8. При таком движении вЕличина рабочего воздушного зазора d остается постоP янной, следовательно, остается посто- янным и магнитное сопротивление этого зазора Rp. Магнитное сопротивление 30 всего магнитопровода 16 R много меньше,магнитного сопротивления воздушного потока Й и его величиной можно пренебречь, т.е. при

) м "д", "м+Rd " )". 15

Также остается йостоянным удельное число витков Ol>>.и ток в обмотке подмагничивания Э . Если обозначить через

3% ур, к +Р,. 20 то Ф = К„ °

Отсюда видно, что изменение маг, нитного потока Ф зависит от изменения положения якоря 15 относительно стержней 5-8. При среднем положении якоря 15 (Х )магнитные потоки Ф ., и Ф в перемычках 3 и 4 равны по п2 величине и направлены встречно друг другу, т.е. компенсируют друг друга, а следовательно, не влияют.на магнит- 30 ное сопротивление всего магнитопро вода Рм и ток в нагрузке.

При йеремещении якоря 15 влево иливправо относительно среднего положения Х . вслед эа линейным перемеще- 35 нием контролируемого объекта на расстояние Ь X .нарушается равенство маг- . нитных потоков Ф 1 и Фп2 в перемычп1 ках 3 и 4, что ведет к изменению магнитной проницаемости магнитопровода 40

16, и следовательно, к изменению тока в сопротивлении нагрузки, по которому судят о величине линейного перемещения контролируемого объекта.

При этом, если при перемещении якоря 15 произошло увеличение длины части стержня б (или 5), создающего магнитный поток Фд (или Фп, то изменение этого потока будет равно

Ф <(или hC„> ) = К (Хср+ДХ).

Если произошло уменьшение длины части стержня б (или 5) то изменение магнитного потока Фп1(или ДФп2)=

К (Хср; ЬХ). Поскольку магнитные: потоки Ф „ и Ф в перемычках 3 и 4 п1 направленй встречно, что суммарный магнитный поток будет равен.

Ф = ЬФп1 — ЬФП2 = К (Хр +д Х )—

-К(Х с -ЬХ) = 2КДХ.

При этом изменение тока в сопротивлении нагрузки будет пропорционально изменению потока Ь Ф.

При перемещении якоря 15 на рас-, стояние д Х = Хср, т.е. в одно из крайних положений, изменение магнитного потока АФ будет, максимальным и равным

ЬФ = 2КХ пс» Х ЕР

При этом изменение тока в нагрузке тоже будет максимальным.

Линейное перемещение контролируемого объекта определяется величиной тока, наводимого в сопротивлении нагрузки, которая зависит только от взаимного расположения якоря 15 относительно стержней 5 и б, т.е. от длины части стержней 6 (или 5) создаю- щей магнитный поток Фп (или Фп2).

Выполнение стержйей 5 и б, раэйесенными в направлении, перпендикулярнща боковым сторонам магнитопровода 16, установка над стержнями 5 и б дополнительных стержней 7 и 8, замкнутых с магнитопроводом 16 со стороны соединения с стержнями 5-и 6, и установка якоря 15 между стержнями с воэможностью перемещения вдоль них в совокупности с распределением секций 13 и 14 обмотки подмагничивания по длине каждого стержня 5 и б, и размещение секции обмотки возбуждения на перемычках 3 и 4 магнитопровода 16 позволяет расширить диапазон измеряемых линейных перемещений при одновременной минеаризации выходной характеристики.

Составитель Е. Бударнна

Редактор Т.Киселева ТехредЛ. Пекарь Корректор R. Рококо

Заказ 3000/48 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35; Раумская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4