Магнитомодуляционный преобразователь для передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта

 

МАГНИТОМОДУЛЯЦИОННЫЙ ПРЕОБ-; РАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВРАЩАЮП ЕГОСЯ ОБЪЕКТА , содержащий магнитопровод, состоящий КЗ двух ферромагнитных неподвижных оснований, соединенных двумя полыни ферромагнитными концентричными цилиндрами, и вращающуюся на валу часть магнитопровода с расположенной на ней вращающейся сигнальной обмоткой , неподвижную модуляционную обмотку , расположенную между полыми концентричными цилиндрами, а также неподвижную измерительную обмотку, расположенную между ферромагнитными неподвижными основаниями магнитопровода внутри полого цилиндра меньшего диаметра, причем плоскости витков всех обмоток перпендикулярны оси вращения вала преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности преобразования, в него введена обмотка размагничивания , при этом в ферромагнитных непод (О вижных основаниях с их наружной час , ти выполнены радиальные пазы, в которые уложены секции обмотки размагни§ чивания, соединенные последовательно и согласно, причем плоскости витковэтой обмотки параллельны оси вращения вала преобразователя. NP СО 4ib ;о оо

СОКИ СОИЕТСНИХ

COUWI

РЕСПУБЛИК

G 01 D 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и вто сиомм свидетельств

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 35701,63/24-21. (22) 24.03в83 (46) 15. 12.84. Бюл. В 46 (72) М.П. Иванов, В.Г. Гусев, В.Б. Малешин, А.П. Торгашев и А.М. Зубаиров (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 621.314.222(088.8) (56) 1. Гусев В.Г., Андрианова Л.П., Индуктивные и магнитомодуляционные преобразователи для передачи информации с вращающихся объектов. М., "Энергия", 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

11 904003р кл. 0 01 9 5/00р 1982 (прототип}. (542(57) МАГНИТОМОДУЛЯЦИОННЫЙ ПРЕОБ-:

РАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕК-.

ТА, содержащий магнитопровод, состоящий иэ двух ферромагнитных неподвижных оснований, соединенных двумя ро- лыми ферромагнитными концентричными

„SU„„1129493 А цилиндрами, и вращающуюся на валу часть магнитопровода с расположенной на ней вращающейся сигнальной обмоткой, неподвижную модуляционную обмотку, расположенную между полыми концентричными цилиндрами, а также неподвижную измерительную обмотку, расположенную между ферромагнитными неподвижными основаниями магнитопровода внутри полого цилиндра меньшего диаметра, причем плоскости витков всех обмоток перпендикулярны оси вращения вала преобразователя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, р в него введена обмотка размагничивания, при этом в ферромагнитных неподвижных основаниях с их наружной час, ты выполнены радиальные пазы, в ко- С торые уложены секции обмотки размагничивания, соединенные последовательно и согласно, причем плоскости витков. В этой обмотки параллельны оси враще- tweak ния вала преобразователя. Ю

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для-передачи измерительных сигналов постоянного тока с вращающихся объектов на неподвижную измерительную аппаратуру.

Известны устройства для бесконтактной передачи измерительных сигналов переменного тока с вращающихся объектов на неподвижные, представля- 10 ющие собой полупроводниковые преобразователи напряжение-частота, напря жение-длительность импульса (скважность) и т.п., которые располагаются на вращающемся объекте. Передача переменных выходных сигналов преобразователей осуществляется,.с.помощью индуктивных, индукционных или емкостных токосъемников, а гакже по оптическому или радиоканалу 1 ). 2п

Недостатками данных устройств являются ограниченный диапазон рабочих о температур (обычно не более 125 С), трудности с организацией питания электроники на вращающемся объекте 25 и невысокая точность преобразования передаваемых сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому является магнитомодуляционный преобразователь для передачи медленно из- Зо меняющихся измерительных сигналов с вращающегося объекта, включающий магнитопровод, состоящий из двух ферромагнитных неподвижных оснований, соединенных двумя полыми ферромагнитными концентричными цилиндрами, и вращающуюся на валу часть магнитопровода с расположенной на ней вращающейся сигнальной обмоткой, неподвижную модуляционную обмотку, располо- 40 женную между алыми концентричными цилиндрами, а также неподвижную измерительную обмотку, расположенную между ферромагнитными неподвижными основаниями магнитопровода внутри цоло-„ го цилиндра меньшего диаметра, причем плоскости витков всех обмоток перпендикулярны оси вращения вала преобразователя (2 ).

Недостаток описанного устройства» низкая точность преобразования.

Пель изобретения — повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитомодуляционный пре- 55 образователь для передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта, включающий магнитопровод, со1129493 ° ) стоящий из двух ферромагнитных неподвижных оснований, соединенных двумя полыми ферромагнитными концентричными цилиндрами, и вращающуюся на валу часть магнитопровода с расположенной на ней вращающейся сигнальной обмоткой, неподвижную модуляционную обмотку, расположенную между полыми концентричными цилиндрами, а также неподвижную измерительную обмотку, расположенную между ферромагнитными неподвижными основаниями .магнитопровода внутри полого цилиндра меньшего диаметра, причем плоскости витков всех обмоток перпендикулярны оси вращения вала преобразователя, введена обмотка размагничи-! вания, при этом в ферромагнитных неподвижных основаниях с их наружной части выполнены радиальные пазы, в ,которые уложены секции обмотки размагничивания,. соединенные последовательно и согласно, причем плоскости витков этой обмотки параллельны оси вращения вала преобразователя.

На фиг, 1 приведен преобразователь в аксонометрии, общий вид; на фиг. 2 и 3 — варианты подключения обмоток преобразователя к вторичной аппаратуре. !

Преобразователь содержит вал 1 с расположенной на нем роторной частью магнитопровода 2 и вращающейся сигнальной обмотки 3, подключенной к источнику преобразуемого сигнала, например к термопаре 4,.статорную часть, включающую,два ферромагнитных основания 5 и 6, соединенных полыми ферромагнитными цилиндрами 7 и 8 с обмотками измерительной 9, модуляционной 10 и размагничивания 11.

Измерительная обмотка 9 расположена между основаниями 5 и 6 внутри полого цилиндра 7. Иодуляционная обмотка

10 расположена между полыми цилиндрами 7 и 8 и основаниями 5 и 6. Обмотка 11 размагничивания расположена . в пазах, выполненных с наружной час ти основания 5 и 6 магнитопровода.

Плоскости витков обмоток 3, 9 и 10 перпендикулярны оси вращения вала 1 преобразователя, а витки обмотки 11 размагничивания расположены в плоскостях, проходящих через ось вращения вала 1. Обмотка 11 может быть выполнена секционированной, при этом секции между собой должны включаться последовательно и согласно.

1129

С целью получения повышенной чувствительности преобразователя

Ьтаторные части магнитопровода преобразователя должны иметь минимальные зазоры между собой, Величина воздуш5 ного зазора между роторной и статорной частями магнитопровода при тщательной регулировке может быть уменьшена до 0,2-0, 1 мм.

Для исключения влияния смещений роторной части относительно статорной ширина стенок роторной части магнитопровода 2 выполнена большей, чем толщина оснований 5 и б статорной части магнитопровода.

Вал 1 преобразователя может вращаться в подшипниках любого типа (скольжения, качения, газодинамических и т.д.).

При выполнении многоканальной конструкции роторные и статорные части

20 магнитопроводов каждого канала должны отделяться друг от друга экранами.

При передаче измерительных сигналов с вращающихся объектов обмотки

У 25 преобразователя могут подключаться к измерительной аппаратуре в разных вариантах. На фиг. 2 приведен один из возможных вариантов, согласно которому модуляционная обмотка 10 подключена к выходу генератора 12 тока модуляции, измерительная обмотка 9— к входу блока 13 вторичной измерительной аппаратуры, обмотка 11 раз.магничивания — к выходу генератора

14 размагничивающего тока, который 35 синхронизирован от генератора 12 тока модуляции.

Генератор 12 тока модуляции представляет собой генератор, например, синусондального тока, значение кото- 40 рого в модуляционной обмотке 10 может быть получено таким, чтобы довести до насыщения участок магнитной цепи статорной части магнитопровода.

Генератор 14 раэмагничиваюшего тока 45 вырабатывает затухающие синусоицальные колебания, следующие друг эа другом через определенные интервалы времени, например через 5-6 с. При этом первый пик, самый большой., раэ- 50 магничивающего тока совпадает благодаря синхронизации с амплитудным значением тока модуляции генератора 12.

Преобразователь работает следу-:; 55 ющим образом.

При подключении вращающейся сигнальной обмотки 3 к источнику сигна-, 493 ф л ов постоянного тока, например к термопаре 4, в магнитной цепи преобразователя появляется постоянный магнитный поток Ф„, замыкающийся через роторную и статорную части магнитопровода как показано на фиг. 1. Потоки рассеяния, замыкающиеся по другим участкам магнитной цепи, например. через полый ферромагнитный цилиндр 8, пренебрежимо малы

IIo сравнению с потоком ф„, так как на любом .другом пути имеются дополнительные воздушные зазоры. Поскольку значение магнитного потока ф„ не изменяется или меняется очень медленно (в соответствии с постоянной вре,мени термопары 4), то в неподвижной измерительной обмотке 9 никакой ЭДС не наводится.

ЭДС, наводимая по закону электромагнитной индукции в обмотке 11 раэмагничивания, пропорциональна значению магнитного потока Ф1 и скорости вращения вала преобразователя. Однако ввиду того, что обмотка 11 подключена к выходу генератора l4 размагничивающего тока, имеющему очень большое выходное сопротивление, а значение самого магнитного потока Ф весь1 ма небольшое, эта ЭДС не оказывает практически никакого влияния на работу преобразователя.

При подключении модуляционной обмотки 10 к генератору 12 тока модуляции в магнитной цепи преобразователя появляется переменный магнитный поток ф, замыкающийся, в основном, по пути, показанному на фиг. 1. При достаточно большом значении тока модуляции в обмотке 10 из-эа симметричности кривой намагничивания материала магнитопровода изменение магнит ного сопротивления последнего на пути магнитного потока ф происходит с удвоенной частотой тока модуляцйи.

Соответственно с той же частотой изменяется значение магнитного сопротивления полых ферромагнитных цилиндров

7 и 8, что ведет к изменению с удвоенной же частотой потокосцепления между магнитным. потоком ф„ и неподвижной измерительной обмоткой 9.

В последней наводится ЭДС удвоенной,частоты тока модуляции, амплитуда которой (при неизменной амплитуде тока модуляции).однозначно соответствует значению приложенного к вращающейся обмотке 3 напряжения, т.е. сигналу термопары 4.

1129493

Паразитная ЭДС первой гармоники тока модуляции и высших нечетных гармоник, наводимая в обмотке 9 потоками рассеяния магнитного. потока -ф „ легко отделяется с помощью фильтров 5 блока 13 вторичной аппаратуры..

В обмотке 11 размагничивания маг нитный поток ф никакой ЭДС не навог дит, так как плоскости витков обмоток 10 и 11 взаимно перпендикулярны.

Благодаря синхронизации от генератора 12 тока .модуляции генератор 14 размагничивающего тока вырабатывает импульсы затухающего синусойдального тока размагничивания, подаваемого в обмотку 11 размагничивания. При этом первый, самый большой, пик размагничивающего тока совпадает с амплитудным значением тока модуляции в обмотке 10. Поскольку на пути маг 20 нитного потока размагничивания ф, создаваемого обмоткой 11 (фиг. 1), нет воздушных зазоров, то материал. статорной части магнитопровода доводится до насыщения и полностью размагничивается в направлении пути замыкания магнитного потока Ф, Тем самым стабилизируется магнитное состояние статорной части магнитопровода и для магнитных потоков ф и 30 ф, замыкающихся перпендикулярно г магнитному потоку Ф . Наиболее существенной является стабилизация магнитного состояния полых ферромагнитных цилиндров 7 и 8, которое и определяет амплитуду информативной

ЭДС второй гармоники, наводимой в измерительной обмотке 9 преобразова- теля, Таким образом, введение размагни- 4р чивания стато ной части магнитопровода преобразователя с помощью обмотки 11 поперечным. полем стабилизирует магнитное состояние статорной части магнитопровода и уменьшает тем самым влияние остаточной намагниченности материала статорной части магнитопровода. В результате неоднозначность выходного сигнала преобразователя исключается, а стабильность его.у характеристик преобразования при изменении температуры повышается.

На фиг. 3 приведен другой вариант подключения обмоток преобразователя к вторичной электронной аппаратуре, у согласно которому обмотки модуляции

10 и размагничивания 11 соединены последовательно и подключены к выходу генератора 12 тока модуляции. В этом случае статорная часть магнитопровода перемагничивается двумя синхронно изменяющимися взаимно перпендикулярными магнитными полями. Магнитное поле, создаваемое при этом обмоткой 11, также стабилизирует магнитное состояние магнитопровода, так как дважды за период переменного тока модуляции доводит его до насыщения в направлении замыкания магнитного потока ф> . При этом чувствительность преобразователя несколько увеличивается (на 10-1S ), так как осуществляется комбинированная модуляция (продольным и поперечным полями) магнитного сопротивления полых ферромагнитных цилиндров 7 и 8.

Однако эффект в плане уменьшения неоднозначности выходного сигнала и повышения температурной стабильности в этом случае сказывается хуже, так как нет полного размагничивания материала магнитопровода (статорной части) в направлении замыкания магнитного потока .ф

Экспериментальные исследования макетного образца преобразователя, провеценные при отключенной обмотке

1 1 размагничивания и подключении ее к источнику 14 тока размагничивания, показали, что температурный дрейф уровня выходного сигнала преобразователя в диапазоне 20-250 С уменьша-. ется во втором случае на 3-4 для типичных режимов модуляции, а временной дрейф (неоднозначность выходного сигнала) при нормальной температуре почти на 2Х. Подача размагничивающих затухающих импульсов тока в обмотку

11 несинхронно с амплитудным значением тока модуляции в.обмотке 10 также улучшает характеристики преобразования, Н0 в значительно меньшей степени: температурный дрейф уменьшается на 0,6-0,7, а временной дрейф— на 0,4 ..

Использование предлагаемого преобразователя обеспечивает получение экономического эффекта за счет более точного вьщерживания параметров технологических процессов 7IQ сигналам, получаемым с вращающегося объекта с помощью преобразователя.

1129493

ВНЧИПИ Заказ 9439/33

Тираж б09 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Унгород, ул. Проектная,