Дифференциально-трансформаторный датчик перемещений
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 В 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Ы (61) 1392339 (21) 4860769/28 (22) 20.08.90 (46) 15.10.92, Бюл, М 38 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) О,Д.Глухов, Н.Д.Конаков, В.А.Столяров и Г.С.Лыгина (56) Авторское свидетельство СССР
% 1392339. кл. G 01 В 7/00, 1986. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью расширение диапазона измерения .дифференциальнотрансформаторного датчика линейных перемещений за счет линеаризации его выходной характеристики, Этот датчик со„„ Ы,, 1768932 А2 держит цилиндрический ферромагнитный корпус 1, выполненный со ступенчато измененным диаметром в виде двух частей. В широкой части корпуса, обращенной к подвижному ферромагнитному якора 7, размещена измерительная обмотка 4, средний диаметр которой подбирается экспериментально, в зависимости от внутреннего диаметра корпуса и от диаметра ферромагнитного сердечника, на котором размещены секции 3 обмотки возбуждения и компенсационная обмотка 5, Симметрирующая пластина 6 отделена от компенсаци-, онной обмотки зазором и установлена неподвижно. Оптимизацйя среднего диа-. метра измерительной обмотки 4 осуществляется намоткой определенного числа ее витков проводом заданного диаметра. 2 ил.
1768932
Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, может быть использовано для измерения линейных перемещений или зазоров между двумя объектами и является усовершенствованием основного а.с, N 1392339, Известный дифференциально-трансформаторный датчик перемещений содержит цилиндрический ферромагнитный корпус, внутри которого расположен неподвижный ферромагнитный сердечник с размещенными на нем секциями обмотки возбуждения и дифференциально соединенными измерительной и компенсационной обмотками. С одной стороны сердечника размещена симметрирующая пластина, а с другой стороны размещен якорь, закрепляемый на объекте контроля, Цилиндрический корпус датчика выполнен со ступенчато измененным диаметром в виде двух частей, Недостатком известного датчика является малый диапазон измеряемых перемещений при заданных габаритных параметрах датчика.
Целью изобретения является расшир; ние диапазона измеряемых перемещений датчика.
Поставленная цель достигается тем, что в датчике перемещений, содержащем цилиндрический корпус, выполненный со ступенчато измененным диаметром в виде двух частей, ферромагнитный сердечник с размещенными на нем секциями обмотки возбуждения и дифференциально соединенными измерительной и компенсационной обмотками, симметрирующую пластину, якорь, закрепляемый на объекте контроля, измерительная обмотка, размещенная в широкой части корпуса, имеет средний диаметр, который определяется из выражения
Dcp
2 где Dñð средний диаметр секции измерительной обмотки;
D8H — внутренний диаметр широкой части корпуса;
О, — внешний диаметр сердечника.
На фиг. 1 изображен дифференциальнотрансформаторный датчик перемещений (общий вид в сечении по продольной оси), на фиг. 2 выходные характеристики датчика при разных средних диаметрах измерительной обмотки.
Дифференциально-трансформаторный датчик перемещений содержит цилиндрический ферромагнитный корпус 1, внутри которого расположен неподвижный ферромагнитный гердечник 2 с размещенными на нем секциями 3 обмотки возбуждения и дифференциально соединенными иэмерительной 4 и компенсационной 5 обмотками
10 зазором др, величина которого зависит от перемещения Х объекта контроля. Цилиндрический корпус датчика выполнен со ступенчато измененным диаметром в виде двух частей.
Секции измерительной 4 и возбуждающей 3 обмоток, размещенные со стороны якоря 7, выполнены также ступенчато измененным диаметром, причем в широкой части корпуса 1 размещена секция 4 измерительной обмотки, имеющая оптимальный средний диаметр, который определяется выражением (1).
Дифференциально-трансформаторный датчик перемещений работает следующим об разом.
При перемещении подвижного якоря 7 относительно торца измерительной части датчика в направлении X увеличивается или уменьшается величина рабочего зазора др, в то время как величина компенсационного зазора дх остается неизменной. В результате этого изменяется величина магнитного потока, а следовательно и ЭДС на выходе измерительной обмотки 4.
Расширение диапазона измеряемых перемещений можно обьяснить следующим образом.
Для трансформаторных датчиков с использованием ферромагнитного кОрпуаа с увеличением среднего диаметра обмотки до оптимального, определяемого выражением (1), увеличивается и диапазон измеряемых перемещений, однако при увеличении среднего диаметра до значения
Dcp= 2 (2) диапазон уменьшится вследствие снижения чувствительности преобразования в конце диапазона измерения из-за уменьшения выпучивания (в сторону измеряемого зазора др) магнитного потока, т.к. часть потока начинает замыкаться на ферромагнитный цилиндрический корпуг. датчика.
Из экспериментальных данных (фиг. 2) видно, что с увеличением среднего диаметРа 0ср (D"..ð 1 < 0;р 2 < Drp 3) измеРигельной обмотки увеличивается и диапазон измеря15
С одной стороны сердечника 2 размещена симметрирующая пластина 6, отделенная от компенсационной части датчика зазором д,, а с другой стороны размещен якорь 7, предназначенный для закрепления на объекте контроля и отделенный от измерительной обмотки 4 и рабочего торца сердечника 2
1768932 емых перемещений, т.к. зависимости О х ==f(x) при увеличении 0,р имеют большую чувствительность в конечных точках диапазона измерения.
При дальнейшем увеличении среднего диаметра до значения
0,9 0вн + Рс (3)
2 наблюдается снижение чувствительности в конце диапазона измерения из-за уменьшения выпучивания (в сторону измеряемого зазора др) магнитного потока, т.к, часть его начинает замыкаться на широкую часть корпуса датчика. устранение влияния таких внешних мешающих факторов, как изменение в широком диапазоне температуры и 0 и достигается следующими двумя способами.
Во-первых, обеспечением равенства коэффициентов трансформации рабочего К> и компенсирующего Кк л трансформаторов датчика.
Равенство числа витков W p = як возбуждающих обмоток в предлагаемом датчи- ке обеспечивается за счет того, что они размещены в корпусе 1 одинакового диаметрального размера и имеют одинаковую высоту намотки по оси датчика, т.е, одинаковые площади окон в продольном сечении, заполняемые обмоточным проводом (см. фиг. 1), Для размещения одинакового количества витков измерительных обмоток Wp = М4 необходимо чтобы площадь Sp окна рабочей части была равна площади окна Як компенсационной части датчика, т,е. Sp = S», где
Sp = lip bp, Sk = hk bk . (4)
Таким образом обеспечивается симметрия рабочего и компенсирующего трансформаторов (рабочей и компенсационной частей) датчика.
Во-вторых, устранение влияния внешних мешающих факторов достигается обеспечением симметрии магнитных цепей рабочего и компенсирующего трансформаторов (их электрических и магнитных характеристик) в точке баланса, например, при зазорах между якорем 7 и рабочим торцом корпуса 1 датчика д = О, а также между торцом компенсирующей измерительной
5 Р4 обмотки и симметрирующей пластиной
6 д = 0 (на фиг. 1 данное положение якоря 7 и симметрирующей пластины 6 показано штриховыми линиями).
Это достигается тем, что комплексное
10 сопротивление магнитопровода рабочей части Zp (участок авсда на фиг. 1) должно быть равным комплексному сопротивлению маг- нитопровода компенсирующей части 2» (участок адежа).
15 Аналогичным образом исключается влияние мешающего действия изменения напряжения питания 0пит на выходной сигнал трансформаторного датчика, снимаемого с рабочей Wp и компенсационной W, измери20 тельных обмоток, включенных между собой последовательно встречно.
Выполнение измерительной обмотки с оптимальным средним диаметром Оср. определенным из выражения (1), осуществля25 ется путем намотки определенного числа витков, обеспечивающего заданную толщину bp (или диаметр намотки).
Таким образом выбор оптимальной величины среднего диаметра изм-,::ительной
30 рабочей обмотки в данной v.:::ñòðóêöèè трансформаторного датчика позволяет расширить диапазон измеряемых перемещений по сравнению с известным датчиком при одних и тех же габаритных параметрах
35 примерно в 1,2 раза.
Формула изобретения
Дифференциально-трансформаторный датчик перемещений по авт.св. N 1392339. отличающийся тем, что, с целью
40 расширения диапазона измерения, измерительная обмотка размещена в широкой части корпуса и имеет средний диаметр D Dcp t(0 7 0,8)О,. + В,)!г 45 где D<> — внутренний диаметр широкой части корпуса; Рс — внешний диаметр сердечника. 1768932 Составитель О. Глухов Техред М.Моргентал Корректор Н, Слободяник Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3636 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
