Индуктивный датчик линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретенияповышение надежности и упрощение конструкции индуктивного датчика линейных перемещений винтового типа. Датчик содержит выполненный в виде полого цилиндра неподвижный магнитопровод, имеющий на внутренней поверхности полюса и установленный на его продольной оси с возможностью линейного перемещения безобмоточный ферромагнитный якорь с пазами, образованными винтовой канавкой на его внешней поверхности. Полюса статора набраны из двухи трехзубцовых пластин с несимметричным расположением зубцов на них, которые образуют хотя бы четыре полюса , состоящих из различного количества зубцов в них. Толщина пластин, образующих полюса, равна 1/4 шага винтовой канавки , а размещенные на полюсах статора четыре катушки индуктивности соединены последовательно. Благодаря переменной площади полюсов, суммарная индуктивность катушек на полюсах статора, включенная в последовательный резонансный контур, изменяется нелинейно в функции линейного перемещения якоря, что позволяет упростить схему обработки сигналов и сократить количество соединительных проводов . 11 ил. ел G

, Ф" ь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю 6 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4919414/28 (22) 18.03.91 (46) 23.03.93, Бюл, М 11 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) В,П.Федоров и О.Б,Скоробрехова (56) 1. Домрачев В.г. и др, Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. — М.: Энергоатомиэдат, 1987, с.592, 2. Конюхов Н.Е. и др, Электромагнитные датчики механических величин. — М.:

Машиностроение, 1987, с.222 — 224. (54) ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕ .ЦЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения- повышение надежности и упрощение конструкции индуктивного датчика линейных перемещений винтового типа. Датчик содержит выполненный в виде полого цилиндра неподвижный магнитопровод, имеющий на внутренней поверхности полюса и установИзобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам измерения перемещений исполнительных органов машин (например, поршней, насосов), работающих во взрывоопасной среде на значительном удалении от остальной части системы управления и контроля.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение путем сокращения количества соединительных проводов, протянутых к удаленному и ра6отающему во взрывоопасной среде датчику положения при сохранении воэможности,,!Ы „„1803719 А1 ленный на его продольной оси с возможностью линейного перемещения безобмоточный ферромагнитный якорь с пазами, образованными винтовой канавкой на его внешней поверхности. Полюса статора набраны иэ двух- и трехзубцовых пластин с несимметричным расположением зубцов на них, которые образуют хотя бы четыре полюса, состоящих из различного количества зубцов в них. Толщина пластин, образующих полюса, равна 1/4 шага винтовой канавки, а размещенные на полюсах статора четыре катушки индуктивности соединены последовательно. Благодаря переменной площади полюсов, суммарная индуктивность катушек на полюсах статора, включенная в последовательный резонансный контур, изменяется нелинейно в функции линейного перемещения якоря, что позволяет упростить схему обработки сигналов и сократить количество соединительных проводов. 11 ил. определения этим датчиком направления движения.

На фиг,1 представлено главное изображение конструкции индуктивного датчика линейных перемещений; на фиг.2 и 3— поперечный разрез А-А и продольный горизонтальный разрез Б-Б; на фиг.4- развертка поверхности якоря с показанными пунктиром проекциями на эту поверхность зубцов пластин статора; на фиг. 5 — 8 показаны образующие магнитопровод статора пластины в порядке их сборки; на фиг.9 — зависимость суммарной индуктивности L, последова1803719 тельна соединенных катушек полюсов ста- является вы <о о ч т я выходом логического блока, сигтора; на фиг.10 — функциональная схема нал с которо о (1 О) го (или определяет прямой формирования электрических сигналов а ве- или обратны ( о >ратныи (ренерсивный) счет импульсов личине и направлении измеряемого пере- с выхода выхода нуль-органа 16". .Бхад нуль-органа мещения Х на основе соответствующего 5 (и всего лагичес б 14) кого лака ) подключен к изменения индуктивности катушек; на выходу фаза

ыходу фазочувствительного демадулято а фиг.11 — зависимости от Х напряжений . 13. у р выхода отдельных элементов функцио- Датчик работает сле io им б нальной схемы, отает следующим образом.

Суммарная индуктивность L катушек

Датчик содержит одноэаходный ферро- "0 пол асан стaòopà т.тара является периодической и измеряемого премещения Х магнитный винт 1 (фиг,1) и охватывающий функцией изме я его статар 2, имек>щий, например, четыре (фиг.9), Как следуе ф ледует из графика зависимости папюса с размещенными на них катушками . (Х) за о р (), за один период Т>< можно выделить

3 — 6 индуктивности (фиг,2). Магнитоправод четыре области с ти с различными зкстремальстатора набран иэ прилегающих друг к дру- "" ными значен, чеными индуктивности L, Эти

4шг н гуферрамагнитныхпластин7 — 10толщиной значения условно мо б — условно могут ыть выражены по/ шага нинта и ориентированных перпен- слецовательность 1 + 2L,! - L, ( тью -о, о-, Lo+ -, дикулярно его оси. Зубцы всех пластин 7 — с, -2L.

10 обращены к поверхности винта и образу- . Аналогично L логично < изменеятся напряжение ют четыре симметричные относительно его 20 01з(фиг.11,а) на выходе фазочувствитсльнооси секторные гребенки — полюса статара го демодулятора 13. 3 (фиг 1 — З вЂ” ра . то напряжение форне снимаемого с резистора (фиг.1 — 3,, состоящие иэ различного количе- мируется на основе сним ства зубцов в них. Проекции этих зубцов на 11 (фиг.10) сигнала об измеряемом перемеповерхность винта очерчены на фиг.4 пукти- щении. Bbicova÷ чуac к я чувствительность рассматром, зоны повышенной магнитной проводи- 25 риваемай схем х мы к иэменени а величины мости заштрихованы; Укаэанной геометрии суммарной индуктивности L- катушек обесмагнитного зазора состветствует следую- печивается выбора р и частоты питающего нащее взаимйое расположение составляющих пря кения U из услов из условия резонанса при магнитоправод пластин: между парой трехзубцовых пластин 7м10(фиг,5 — 8) введены 30 Формирование выходного сигнала лодвухэубцовые пластины 8 и 9 с углом между гического блока на основе напряжения Uia осями зубцов каждой из них 90О. При этом поясняется зависимостями напряжений вы.х от перемещения Х одинаковые пластины в каждой иэ пар по- хода отдельных схем от пе X та на 180 вернуты между собой относительно оси вин- (фиг.11), При постоянной скор янной скорости переме35 щения эти зависимости явля отся также вреНа полюса статора с несимметричным менными. Напря>кение U>2(X) на выходе расположением зубцов в них надеты катуш- триггера 22 повторяю ф к 3 — 6индуктивнасти(фиг.2),Онисоставля- ния Uz<(X) и сдвинуто относительно него на ютдвепарыЗ-4и5 — G,вкаждайизкоторых четверть периода Тх, как показано на катушки включены между собой согласно. 40 фиг;11,е, для условно прямого направления

Катушки разных пар включены встречно движения. Сигнал на выходе схемы 24сло(фиг,10),Такое включение при несимметрич- кения па модулю 2 при э у при этом изменяется в нам расположении зубцов на пластинах зависимости от Х согласно фиг.11, ж. При обуславливает асимметричный х-,ðàêòåð за- перемене направления и еремещения на вывисимасти суммарной индуктивнасти L«K - 45 ходе триггера 22 по-прежнему будет присуттушек ат измеряемого перемещения Х по ствовать тат уровень сигнала (1 или О), отношению к его направлению (фиг.9). который в предыдущу а четверть периода Тх

Схемаформиронаниянаасновевеличи- имел напряжение Uzi. Очевидно что для

1 ны L- электрических сигналов о величине и обратного направления напря>кение U22 бунапранлении перемещения Х содержит 50 дет иннерсным по отношени а к напряже(фиг.10) помимо катушек 3 — 6 включенные нию Uzz в прямом направлении: U "22 = О 22 последовательно с катушками резистор 11 и (здесь индексы Т и В соответствуют направканденсатор 12, фазачувствительный демо- лениям "туда" и "обратно"; эпюра U"22 на дулятар 13 и логический блок 14 для иденти- фиг,11 не показана. фикации направления перемещения, В этот 55 Реальные параметры предлагаемого логический блок входят (фиг,10): дискрими- датчика представлены ниже применительно натор уровня 15, нуль-орган 16, инвертор к случаю измерения линейных перемещ, диоды 18 — 20„диэьюнктор 21, двухтакт- ний плунжера насоса для перекачки жидких ный триггер 22, усилитель-формирователь, нефтепродуктов, При разрешающей спо3, схемы сложения 24 и 25. Вь,хад схемы 25 сабнасти 5 импульсон на 1 мм хада толщина

1803719

Фиг. Z пластин датчика должна быть 0,2 мм, а шаг винта — 0,8 мм. Рабочая длина винта должна быть больше полного хода плунжера (90 мм) на толщину пакета пластин статора. С точки зрения повышения качества датчика до- 5 бротность его обмоток и, следовательно, их индуктивность надо увеличивать наращиванием числа пластин в пакете, однако это требует повышения точности изготовления элементов датчика. Если ферромагнитный 10 винт изготовлен с накопленной погрешно- . стью шага не более 10 мкм, э погрешность толщины пластин того же порядка частично компенсируется при сборке, реально набрать пакет охватывающего винт сердечни- 15 ка из четырех-пяти "квартетов" пластин, по паре двухполюсных и трехполюсных пластин в каждом. Толщина пакета, таким образом, получается 4 мм. Как показывают эксперименты, наибольшая добротность 20 обмоток достигается при частоте питающего напряжения 1 кГц.

Расстояние от датчика до вторичного блока может достигать 1000 м. Существенно и то, что датчик работает во взрывоопасной 25 среде, Зти особенности применения предопределяют целесообразность уменьшения количества содинительных проводов для упрощения измерительной системы и снижения вероятности искрообразования, Формула изобретения

Индуктивный датчик линейных перемещений, содержащий неподвижный магнитопровод, выполненный в виде полого цилиндра с полюсами на его внутренней поверхности, расположенный на его продольной оси с возможностью линейного перемещения безобмоточной ферромагнитный якорь с пазами, образованными винтовой канавкой не его внешней поверхности, и размещенные на полюсах статора катушки индуктивности, отл ич а ю щий ся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения путем сокращения количества соединительных проводов, полюса статора набраны из двух- и трехзубцовых пластин с несимметричным расположением зубцов на них, образующих хотя бы четыре полюса, которые состоят из различного количества зубцов на них, толщина каждой пластины равна 1/4 шага винтовой канавки, а катушки индуктивности соединены между собой последовательно.

1803719

1803719

1SO3V19

U( г) ) Я/

7 ) 22

Ж)

24

Ф

О

Фог. 0

Составитель В. Федоров

Редактор Е, Полионова Техред М, Моргентал Корректор Л. Филь

Заказ 1Î47 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"., г. Ужгород, yn,Гагарина, 101