Электромагнитный датчик перемещения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для путеизмерения, автоматизированного контроля и управления движения. Цель изобретения - повышение точности электромагнитного датчика перемещения, который содержит два сердечника, обращенные один к другому своими стержнями и установленные с воздушным зазором один относительно другого, а также размещенные на них обмотки, соединенные последовательно - согласно. Имеется также постоянный магнит прямоугольного сечения, прикрепленный между торцами крайних стержней обоих сердечников. Другая пара крайних стержней обоих сердечников отделена воздушными зазорами от подвижного объекта контроля, который выполнен зубчатым, например, в виде ферромагнитной шестерни. Максимальная величина этого зазора меньше зазора между средними стержнями обоих сердечников. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для путеизмерения, автоматизированного контроля и управления движения.

Известно устройство для измерения перемещения (1), содержащее колесо с размещенными на нем стержневыми магнитами с прямоугольным сечением, измерительный преобразователь, выполненный из n пар встречно-параллельно соединенных катушек с ферромагнитными сердечниками, измерительные и компенсационные катушки, размещенные на неподвижном кронштейне с равным шагом по соответствующим дугам окружностей.

Недостатком известного устройства для измерения перемещения является сложность изготовления специального колеса с множеством стержневых магнитов и неподвижного кронштейна с множеством пар катушек индуктивности, что значительно усложняет конструкцию этого устройства.

Наиболее близким техническим решением является дифференциальный трансформаторный датчик перемещения, содержащий два Ш-образных сердечника, обращенных один к другому своими стержнями, размещенную на среднем стержне одного из них первичную обмотку и соединенные встречно-последовательно две секции вторичной обмотки и якорь, размещенный в зазоре между сердечниками, выполненный в виде нескольких ферромагнитных пластин (2).

Недостатком данной конструкции является необходимость специального подвижного якоря, ферромагнитные пластины которого расположены специальным образом, и кроме того, необходимость питания обмотки возбуждения, что, как следствие, ведет к усложнению конструкции, так как это требует большого количества деталей и низкой точности измерения.

Целью изобретения является упрощение конструкции, обеспечение универсальности и повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в электромагнитном датчике перемещения содержатся два сердечника, обращенных один к другому своими стержнями, установленными с воздушным зазором друг относительно друга, с размещенными на них обмотками, соединенными последовательно, сердечники которого согласно изобретению выполнены F-образными и снабжены постоянными магнитами прямоугольного сечения, прикрепленными к торцам крайних стержней и ориентированных к ним одноименными полюсами, а обмотки размещены соответственно на полюсах обоих сердечников и соединены между собой согласно-последовательно, причем полюса сердечников установлены с воздушным зазором относительно подвижного элемента привода контролируемого устройства, например, ферромагнитной шестерни или зубчатой рейки, при этом максимальный зазор между полюсами сердечников и впадиной зубчатки меньше величины зазора, образованного средними стержнями сердечников. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый электромагнитный датчик отличается от известного тем, что сердечники выполнены F-образными и снабжены постоянными магнитами прямоугольного сечения, прикрепленными к торцам крайних стержней и ориентированных к ним одноименными полюсами, а обмотки размещены соответственно на полюсах обоих сердечников и соединены между собой согласно-последовательно, причем полюса сердечников установлены с воздушным зазором относительно подвижного элемента привода контролируемого устройства, например, ферромагнитной шестерни или зубчатой рейки, при этом максимальный зазор между полюсами сердечников и впадиной зубчатки меньше величины зазора, образованного средними стержнями сердечников. Таким образом, заявляемый электромагнитный датчик соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений в области измерительной техники [2] показал, что некоторые введенные в заявляемое решение признаки, например, два сердечника, обращенные один к другому своими стержнями и установленные друг относительно друга с воздушным зазором, с размещенными на них обмотками, соединенными последовательно, известны. Однако их применение в этих датчиках в сочетании с другими признаками не обеспечивает датчикам такие свойства, которые они проявляют в сочетании с дополнительными признаками в заявляемом решении, а именно: значительное уменьшение шага дискретизации до расстояния между соседними зубьями ферромагнитной шестерни или зубчатой рейки и, как следствие, повышение точности, упрощение конструкции и обеспечение универсальности. Фактически заявляемый датчик (cчетчик зубьев) может работать с любой ферромагнитной шестерней или рейкой, которая обычно является элементом конструкции привода контролируемого устройства, а не специальным подвижным элементом датчика, что обеспечивает его универсальность. Таким образом, данная совокупность признаков придает электромагнитному датчику новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид датчика; на фиг.2 - вид сверху (обмотки 5 и 7 не показаны).

Электромагнитный датчик состоит из двух постоянных магнитов 1 и 2, установленных на торцах крайних стержней двух, обращенных друг к другу F-образных сердечников 3 и 4. На полюсах А и Б сердечников 3 и 4 размещены обмотки 5 и 7, соединенные согласно-последовательно. Средние стержни обоих сердечников образуют зазор ε. Рабочий переменный зазор образуется между полюсами А и Б и зубьями ферромагнитной зубчатки 6, являющейся элементом конструкции привода контролируемого устройства.

Электромагнитный датчик работает следующим образом. При прохождении полюсами А и Б впадины зубчатки 6 магнитный поток замыкается по наименьшему сопротивлению через зазор ε. Поток Ф₁ при этом минимален. При дальнейшем движении зубчатки 6 зазор между каждым полюсом и набегающим зубом убывает, магнитный поток Ф₁, пронизывающий обмотки 5 и 7 возрастает и, когда скорость нарастания потока достигнет максимального значения, ЭДС на клеммах С и Д также становится максимальной, минус на клемме Д и плюс на клемме С. Над вершиной зуба скорость нарастания потока равна нулю, поток Ф₁ максимальный и ЭДС равна нулю. При прохождении вершины зуба зазор, образованный полюсами сердечников и впадиной зубчатки, начинает возрастать, магнитный поток Ф₁ убывает, и когда скорость убывания потока Ф₁ cтанет максимальной, ЭДС достигает также максимального значения, но полярность при этом будет обратной, минус на клемме С, и плюс на клемме Д. Над впадиной магнитный поток Ф₁будет минимальным, а скорость изменения потока равна нулю, ЭДС также равна нулю. В дальнейшем весь цикл повторяется, т.е. когда магнитный поток Ф₁ в рабочем зазоре максимален, поток Ф_о в зазоре минимален и,. наоборот, когда магнитный поток Ф₁ в рабочем зазоре минимален, поток Ф_oв зазоре максимален. Поток Ф, создаваемый магнитной системой, изменяется мало.

Таким образом, при прохождении зубчатки 6 мимо полюсов А и Б датчика магнитный поток Ф₁ изменяется от максимального (в случае, когда зазор минимальный) до минимального (когда полюса над впадиной и зазор максимальный). Изменяющийся магнитный поток Ф₁ наводит в обмотках 5 и 7 электродвижущую силу ЭДС, которая на клеммах С и Д суммируется, так как обмотки 5 и 7 соединены согласно-последовательно. Суммарная ЭДС при нарастании потока проходит максимум одного знака, а при убывании потока проходит максимум другого знака. В результате чего на клеммах С и Д возникает переменная ЭДС с частотой, равной количеству зубьев, проходящих мимо полюсов А и Б за единицу времени F = n/t. Максимальный эффект достигается тогда, когда зазор ( ε ) меньше максимального зазора между полюсами А и Б и впадиной зубчатки 6. Форма пластин 3 и 4, а также наличие зазора ( ε ), образованного средними стержнями сердечников, предохраняет магнитную систему М от размагничивания при остановке зубчатки 6 впадиной против полюсов А и Б, а также при хранении датчика отдельно от подвижной системы.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащий два ферромагнитных сердечника с обращенными один к другому стержнями, торцы которых отделены один от другого воздушными зазорами, и размещенные на сердечниках две обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен постоянным магнитом прямоугольного сечения, закрепленным в зазоре между торцами двух крайних стержней обоих сердечников, а обмотки соединены между собой согласно последовательно и размещены на параллельных участках этих сердечников, которые предназначены для взаимодействия своими торцами с ферромагнитным объектом контроля.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что торцы параллельных участков сердечников предназначены для установки с зазором относительно объекта контроля, имеющего зубчатую поверхность.

3. Датчик по пп.1 и 2, отличающийся тем, что максимальная величина зазоров между торцами параллельных участков сердечников и объектом контроля превышает зазор между средними стержнями обоих сердечников.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2