Трансформаторный преобразователь перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышения точности трансформаторного преобразователя линейных перемещений, который содержит магнитопровод броневого типа с укороченным средним стержнем. Между расширенным концом среднего стержня магнитопровода и его основанием образован воздушный зазор. Первичная обмотка размещена на среднем стержне, а вторичная обмотка, которая состоит из двух дифференциально соединенных секций, размещенных под углом одна к другой, и охватывающих основание магнитопровода, установлена с возможностью перемещения. Имеются также дополнительные вторичные обмотки, соединенные последовательно согласно с основной и состоящие из пар дифференциально соединенных секций, расположенных под соответствующим углом одна относительно другой. Выбором угла между секциями обеспечивается коррекция нелинейности выходной характеристики преобразователя. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения геометрических параметров деталей, а также в устройствах автоматики.

Известны трансформаторные преобразователи перемещений, в которых нелинейность статической характеристики уменьшена путем профилирования элементов магнитопровода или вторичной обмотки [1] . Это усложняет конструкцию, а остаточная нелинейность зависит от погрешности расчета и точности изготовления профилированного элемента.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является трансформаторный преобразователь перемещений, в котором две секции вторичной обмотки расположены под углом друг к другу и охватывают основание магнитопровода в области рабочего воздушного зазора [2] . Выходной сигнал преобразователя пропорционален интегралу градиента магнитного потока в охваченном основании в пределах области, заключенной между витками секций.

Недостатком преобразователя является невозможность уменьшения нелинейности статической характеристики, обусловленной непостоянством градиента магнитного потока, которое определяется магнитным сопротивлением стали и технологическими отклонениями размеров деталей и их взаимного расположения.

Для повышения крутизны преобразования используется возможно большая область интегрирования, для чего угол между секциями выбирается конструктивно предельным, и максимальное на краях зазора непостоянство градиента проявляется в полной мере. Это снижает точность измерений, выполняемых с помощью преобразователя.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем линеаризации статической характеристики преобразователя.

Это достигается тем, что трансформаторный преобразователь перемещений, содержащий магнитопровод броневого типа с укороченным средним стержнем, между расширенным концом которого и основанием магнитопровода образован воздушный зазор, размещенную на среднем стержне магнитопровода первичную обмотку и охватывающую его основание вторичную обмотку, которая состоит из двух дифференциально соединенных секций, размещенных под углом одна к другой, и установлена с возможностью перемещения, снабжен дополнительными вторичными обмотками, каждая из которых состоит из двух дифференциально соединенных секций, размещенных под соответствующим углом одна относительно другой и охватывающих основание магнитопровода в области воздушного зазора, а все вторичные обмотки механически жестко взаимосвязаны и соединены между собой последовательно согласно.

На чертеже представлена упрощенная конструктивная схема трансформаторного преобразователя перемещений.

Трансформаторный преобразователь перемещений состоит из магнитопровода 1 броневого типа, средний стержень которого укорочен, а его конец расширен и образует с основанием магнитопровода постоянный воздушный зазор. На среднем стержне размещена первичная обмотка 2. Основание магнитопровода охвачено вторичной обмоткой 3, размещенной на держателе 4, на котором закреплены также несколько дополнительных вторичных обмоток 5. Вторичная обмотка 3 и дополнительные вторичные обмотки 5 состоят каждая из двух петлеобразных секций, имеющих одинаковые геометрические параметры и число витков. Секции расположены под углом одна относительно другой и соединены дифференциально. Все вторичные обмотки размещены в области воздушного зазора магнитопровода и соединены последовательно согласно.

Трансформаторный преобразователь перемещений работает следующим образом.

При подключении первичной обмотки 2 к источнику напряжения переменного тока возникает магнитный поток, который проходит по среднему стержню магнитопровода 1, разветвляется симметрично в левую и правую части, проходит по свободному основанию, и, ответвляясь в зазор, замыкается через расширенный конец среднего стержня. Вследствие постоянства воздушного зазора градиент потока в свободном основании в первом приближении имеет постоянную величину и изменяет знак на магнитной нейтрали основания. Модуль и знак потока, пронизывающего каждую отдельную секцию вторичных обмоток, зависят от положения секции относительно магнитной нейтрали основания.

Вследствие дифференциального соединения секций в каждой вторичной обмотке ЭДС на выходе вторичной обмотки, пропорциональная модулю разности пронизывающих секции потоков, который равен интегралу градиента потока свободного основания магнитопровода по области этого основания, расположенной между витками секций. Если центры пересечения секций всех вторичных обмоток совпадают со средней продольной линией основания магнитопровода, то секции каждой вторичной обмотки пронизываются одинаковыми по модулю магнитными потоками. ЭДС на выходах всех вторичных обмоток в этом положении отсутствует, и сигнал на выходе преобразователя равен нулю.

При смещении держателя 4 по направлению к модулю разностей потоков, пронизывающих вторичные обмотки, становятся отличными от нуля. На выходе каждой вторичной обмотки возникает ЭДС, амплитуда которой пропорциональна смещению держателя, а фаза определяется направлением смещения от нулевого положения. Вследствие последовательного согласного соединения вторичных обмоток на выходе преобразователя возникает сигнал, равный сумме ЭДС всех вторичных и обмоток.

Влияние магнитного сопротивления материала магнитопровода, неточности изготовления и сборки его деталей приводят к тому, что градиент потока по продольной оси симметрии охваченного вторичными обмотками основания не остается постоянным. В реальной конструкции отклонение градиента от постоянного значения описывается монотонной функцией, параметры которой зависят от конкретного сочетания дестабилизирующих факторов.

Нелинейность монотонной функции на ограниченном участке значений аргумента всегда меньше нелинейности, присущей этой функции на всей области ее задания. Нелинейность статической характеристики любой вторичной обмотки уменьшается тем активнее, чем меньше длина занимаемого ею участка по длине основания магнитопровода по отношению к общей длине, занятой всеми вторичными обмотками. Вследствие последовательного согласного соединения всех вторичных обмоток нелинейность статической характеристики преобразователя в целом определяется усредненным по всем вторичным обмоткам значением и всегда меньше нелинейности статической характеристики преобразователя, у которого одна пара секций вторичной обмотки функционирует в конструктивно предельной области основания магнитопровода.

При практической реализации преобразователя наибольший положительный эффект достигается, когда число дополнительных вторичных обмоток выбрано в пределах 2. . . 8, крайние витки секций соседних обмоток соприкасаются друг с другом, а конфигурация расположения секций в плоскости основания магнитопровода симметрична относительно линии магнитной нейтрали. (56) Зариков М. Ф. Функциональные преобразователи перемещений. М. Л. : Машиностроение, 1976, с. 36-41.

Авторское свидетельство СССР N 310113, кл. G 01 D 5/20, 1971.

Формула изобретения

ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий магнитопровод броневого типа с укороченным средним стержнем, между расширенным концом которого и основанием магнитопровода образован воздушный зазор, размещенную на среднем стержне магнитопровода первичную обмотку и охватывающую его основание вторичную обмотку, которая состоит из двух дифференциально соединенных секций, размещенных под углом одна к другой, и установлена с возможностью линейного перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен дополнительными вторичными обмотками, каждая из которых состоит из двух дифференциально соединенных секций, размещенных под соответствующим углом одна относительно другой и охватывающих основание магнитопровода в области воздушного зазора, а все вторичные обмотки жестко взаимосвязаны и соединены между собой согласно последовательно.

РИСУНКИ

Рисунок 1