Устройство для определения местоположения

Авторы патента:


Устройство для определения местоположения
Устройство для определения местоположения
Устройство для определения местоположения
Устройство для определения местоположения
Устройство для определения местоположения
Устройство для определения местоположения
Устройство для определения местоположения
Устройство для определения местоположения
Устройство для определения местоположения

 


Владельцы патента RU 2547326:

ПЕРСЕПШН СЕНСОРЗ ЭНД ИНСТРАМЕНТЕЙШН ЭлТиДи (GB)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению расстояний до поверхности металлических поверхностей. Устройство содержит цилиндрический сердечник, имеющий продольную ось; три диска или фланца, установленные на продольной оси сердечника; катушки из провода, расположенные вокруг продольной оси сердечника между всеми смежными парами дисков или фланцев, содержащие первую катушку между первой парой дисков или фланцев и вторую катушку между второй парой дисков или фланцев. Причем провод каждой катушки содержит проводящий металл, главным образом, с диэлектрическим оксидным или керамическим покрытием. При этом диски или фланцы изготовлены из не полимерного материала, а сердечник и диски или фланцы выполнены взаимно закрепленными в пространственном отношении. Устройство выполнено с возможностью определения расстояния до металлического объекта, находящегося вне устройства. Технический результат заключается в возможности использовать устройство при очень высоких температурах без необходимости использования дополнительных средств охлаждения. 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию устройства для измерения относительных положений металлических объектов и расстояний от них в средах с очень высокой температурой, которое может быть использовано, например, для измерения воздушных зазоров между металлическими компонентами в теплообменниках. Желательно сделать такие воздушные зазоры возможно более малыми, чтобы повысить теплообмен, однако с учетом значительных физических деформаций металлических компонентов за счет температурной деформации в результате изменений температуры. Более того, металлические компоненты часто являются вращающимися и могут иметь диаметр до 20 метров или больше. Первичной областью применения настоящего изобретения являются электростанции, однако варианты осуществления изобретения также могут быть полезными для измерения положения шиберов в камерах сгорания электростанций, или для определения положений металлических компонентов на цементных заводах, сталеплавильных заводах или в любых других крупных процессах сгорания, когда большие подвижные металлические компоненты имеют тенденцию к деформированию.

Предпосылки к созданию изобретения

Часто необходимо определять местоположение металлического объекта или расстояние до него в тяжелых условиях, например, в теплообменниках, причем для этого могут быть использованы различные способы.

Оптические системы позволяют измерять расстояние до поверхности объекта при помощи триангуляции или время-пролетного лазера. Однако эти системы подвержены ошибкам за счет накопления грязи в оптическом тракте или могут выдавать ошибочные показания за счет коррозии поверхности и накопления на ней отходов. В высокотемпературных применениях, активные оптические компоненты необходимо устанавливать на заданном расстоянии от измерительной области и соединять их при помощи элементов волоконной оптики или снабжать их средствами охлаждения.

В альтернативном способе используют емкостные зонды. Емкостный зонд позволяет измерять емкость между концом измерительного зонда и мишенью. Этот способ подвержен воздействию загрязнений, которые являются проводящими по своей природе, таких как вода (конденсат), и в некоторой степени подвержен воздействию загрязнений на поверхности мишени, таких как оксиды металлов. Как правило, эти устройства предназначены для работы на малых расстояниях, однако они могут работать при высоких температурах.

Третьим способом является использование ультразвука. Однако использование ультразвука невозможно при высоких температурах газа, так как время распространения в воздухе является различным при различных температурах.

Известно устройство для определения положения, показанное на фиг.1. Это устройство для определения положения работает на базе электромагнитной индукции и содержит бобину (каркас) 1, обычно изготовленную из пластмассы и обеспечивающую низкую магнитную проницаемость при высоком электрическом сопротивлении. Бобина 1 содержит проводящие обмотки (катушки) 3, 4, 5, расположенные вокруг магнитного сердечника 2. Расстояние устройства от магнитно активной мишени 6 может быть определено известным образом, за счет подачи питания на катушки 3, 4, 5 и анализа изменений индуктивных эффектов, когда магнитное поле, возбуждаемое при помощи катушек 3, 4, 5 и сердечника 2, взаимодействует с мишенью 6. Верхний температурный предел для пластмассы является достаточно низким и даже для высокотемпературной пластмассы составляет всего около 220°С. Катушки 3, 4, 5 образованы за счет намотки медного провода с полимерным покрытием вокруг бобины 1. Такой провод также имеет верхний температурный предел около 200°С. Сердечник 2 типично формируют с использованием пластин из электростали, причем изоляция между пластинами также выполнена на базе полимера. За счет присущих этим материалам ограничений, максимальная рабочая температура устройства составляет около 200°С, и в тех применениях, в которых температура превышает 200°С, приходится применять дополнительные средства охлаждения, такие как масло, вода или воздушные коллекторы охлаждения, чтобы предотвращать выход из строя.

Типичное такое устройство выпускается, например, фирмой Burmeister & Wain Energy A/S, причем в нем датчик находится во внешней оболочке, так что хладагент в виде минерального масла может быть прокачен через датчик при помощи форсированной системы воздушного охлаждения. Основной проблемой этой системы охлаждения является ее высокая цена, причем, если она выходит из строя, датчик также выходит из строя и минеральное масло перегревается. Так как датчики встроены глубоко, то выход из строя системы охлаждения, приводящий к разрушению датчика, приводит к полному отключению технологической установки.

Раскрытие изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство для определения местоположения, которое содержит:

i) цилиндрический сердечник, имеющий продольную ось;

ii) по меньшей мере три диска или фланца, установленные на продольной оси сердечника;

iii) катушки из провода вокруг продольной оси между всеми смежными парами дисков или фланцев, содержащие по меньшей мере первую катушку между первой парой дисков или фланцев и вторую катушку между второй парой дисков или фланцев;

причем провод каждой катушки содержит проводящий металл, главным образом, с диэлектрическим оксидным или керамическим покрытием, при этом диски или фланцы изготовлены из не полимерного материала.

Специфическое преимущество вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что они позволяют исключить использование пластмасс или полимеров в конструкции устройства. Это означает, что устройство может быть использовано при намного более высоких температурах, превышающих 200°С, а при соответствующем выборе компонентов - превышающих 300°С, 400°С или даже 500°С, без необходимости использования дополнительных средств охлаждения.

Варианты осуществления настоящего изобретения содержат только компоненты из металла и оксидов металлов. Также могут быть использованы некоторые керамические материалы, но это не является существенным. Полученное устройство может работать при повышенных температурах в средах с высокой вибрацией, без охлаждения.

Конструктивные варианты устройства в соответствии с настоящим изобретением содержат три основные компонента: катушки для возбуждения и измерения магнитных полей, каркас или бобину для поддержки катушек и сердечник для направления магнитного поля. Для обеспечения работы без охлаждения при высоких температурах, например 500°С, все использованные материалы должны выдерживать температуры 500°С.

В некоторых конструктивных вариантах, по меньшей мере три диска или фланца образуют часть конструкции катушки, которая также содержит (полую) центральную цилиндрическую секцию, которая получает сердечник. В этих конструктивных вариантах, диски или фланцы и центральная цилиндрическая секция могут быть образованы как монолитная конструкция, или же диски или фланцы могут иметь конфигурацию в виде шайб и могут быть приварены или установлены с использованием трения или закреплены иным образом на центральной цилиндрической секции.

Конструкция бобины должна выдерживать повышенные температуры в течение продолжительных периодов времени и также должна выдерживать охлаждение и повторный нагрев множество раз без снижения конструктивной целостности. Конструкция бобины преимущественно представляет собой металлическую конструкцию. Бобина должна иметь относительно низкую магнитную проницаемость (относительную проницаемость преимущественно не больше чем 2, и в некоторых конструктивных вариантах не больше чем 1.2), причем аустенитные стали или алюминий представляют собой подходящие материалы для изготовления бобины. Чем ниже проницаемость использованного металла, тем выше чувствительность устройства. Таким образом, относительная магнитная проницаемость около единицы является наиболее желательной для получения высокой чувствительности.

Конструкция бобины может быть образована в виде единственной детали из металла с центральным цилиндрическим отверстием, в которое вставлен сердечник.

Альтернативно, бобина может быть не изготовлена в виде одной детали из металла, а вместо этого может быть изготовлена в виде нескольких дисков, имеющих конфигурацию в виде шайб, содержащую прокладки и торцевые пластины. Эти диски закреплены на (полой) центральной цилиндрической секции, в которую вставлен сердечник. Диски и цилиндрическая секция могут быть изготовлены из одного и того же металла, или из различных металлов.

Альтернативно, диски могут иметь конфигурацию в виде шайб и могут быть приварены или установлены с использованием трения или закреплены иным образом непосредственно на сердечнике. Эта конструкция является особенно предпочтительной, так как она позволяет непосредственно наматывать провода на сердечник, в результате чего устраняется или по меньшей мере уменьшается имеющий низкую проницаемость зазор, возникающий за счет описанной здесь выше цилиндрической центральной секции бобины.

Сердечник преимущественно представляет собой магнитный сердечник, имеющий проницаемость выше, а преимущественно значительно выше, чем проницаемость конструкции бобины и/или дисков. Магнитный сердечник может быть сплошным или пластинчатым сердечником. Пластинчатый сердечник позволяет обеспечивать более высокую рабочую частоту за счет снижения потерь на вихревые токи, однако он является более сложным, чем простой сплошной сердечник. Использование сплошного сердечника обеспечивает оптимальную прочность устройства, но ограничивает максимальную высокую рабочую частоту несколькими сотнями герц. Так как сердечник должен выдерживать высокие температуры при сохранении своих магнитных свойств, то материал сердечника преимущественно имеет точку Кюри выше максимальной ожидаемой рабочей температуры устройства. Когда используют пластинчатый материал, то этим материалом преимущественно является высокотемпературный отожженный пластинчатый материал. Так как на чувствительность датчика влияет магнитная проницаемость сердечника (высокая проницаемость сердечника обеспечивает более высокую чувствительность), то материал сердечника преимущественно имеет высокую проницаемость. В некоторых конструктивных вариантах, относительная проницаемость магнитного сердечника составляет больше чем 100, или даже больше чем 500.

Однако сердечники с проницаемостью единица или около единицы могут быть использованы в тех случаях, когда допустимы низкие чувствительности. Это позволяет использовать воздух или немагнитные материалы в качестве материала сердечника.

В конструктивных вариантах, в которых диски установлены непосредственно на сердечнике, сердечник может быть изготовлен из первого металла с относительно высокой магнитной проницаемостью (например, больше чем 100 или даже больше чем 500), а диски могут быть изготовлены из второго металла с относительно низкой магнитной проницаемостью (типично не больше чем 2, или даже не больше чем 1.2). Различные марки сталей может быть использованы и сварены вместе, чтобы образовать объединенный узел каркаса и сердечника чрезвычайно прочной конструкции, который может быть использован при рабочих температурах свыше 700°С.

В некоторых конструктивных вариантах, по меньшей мере один из дисков или фланцев может иметь радиальный паз, который позволяет удобным образом отводить проводящий намоточный провод от узла в сборе. Радиальный паз разрывает круговой путь тока вокруг узла обмотки, который в противном случае действует как короткозамкнутый виток вокруг сердечника и снижает общий КПД. Этот радиальный паз позволяет снижать вихревые токи в дисках и обеспечивать более эффективную и стабильную работу.

Вместо радиального паза могут быть предусмотрены соответствующим образом расположенные отверстия, позволяющие отводить проводящий намоточный провод от узла в сборе.

Катушечные обмотки могут быть изготовлены из анодированного алюминиевого провода. В некоторых конструктивных вариантах, провод может иметь диаметр около 0.5 мм, однако при необходимости могут быть использованы и другие диаметры. Такой алюминиевый провод типично имеет рабочий диапазон температур до 500°С. При превышении этой температуры может происходить размягчение провода, с соответствующей потерей надежности.

Слой оксида алюминия, образованный за счет процесса анодирования, образует изоляционный слой вокруг провода. Изоляционный слой имеет отличные диэлектрические свойства и является стабильным до 2000°С. Так как изоляция образована из оксида алюминия, то изоляционный слой, окружающий проводящую секцию провода, улучшает работу при повышенной температуре в условиях воздействия воздуха или других аналогичных богатых кислородом газовых сред. Следует иметь в виду, что при повреждении изоляционного слоя может происходить некоторое самовосстановление. Катушечные обмотки, которые могут быть намотаны на бобине или каркасе, или непосредственно на сердечнике, образуют узел катушек, который может работать непрерывно и без охлаждения при очень высоких температурах.

Могут быть использованы и другие типы проводов, в том числе провода с керамическим покрытием, такие как медные провода с керамическим покрытием, выпускаемые фирмой Ceramawire ®.

По меньшей мере одна первая катушка может быть выполнена как катушка возбуждения, и по меньшей мере одна вторая катушка может быть выполнена как катушка обнаружения или измерительная катушка. Может быть предусмотрена по меньшей мере одна третья катушка, выполненная как эталонная катушка. Множество различных схем расположения и топологий катушек могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением.

Например, две катушки могут быть намотаны последовательно, чтобы образовать делитель напряжения, причем напряжение в центральной точке, которое может быть измерено, является частью полного напряжения возбуждения. Напряжение в центральной точке делителя изменяется в функции расстояния от металлической (магнитно-активной) мишени.

Альтернативно, катушка у верхнего конца бобины может быть выполнена как эталонная катушка, катушка у нижнего конца бобины может быть выполнена как катушка обнаружения или измерительная катушка, а промежуточная катушка может быть выполнена как катушка возбуждения.

Альтернативно, верхняя и нижняя катушки могут быть намотаны последовательно (или параллельно) и в противофазе, за счет чего создается магнитный ноль в центре сердечника. Катушка обнаружения или измерительная катушка может быть расположена между катушками возбуждения. Изменения магнитного поля вокруг устройства за счет наличия металлической мишени влияют на положение магнитного нуля в функции расстояния от мишени, и это изменение может быть измерено при помощи катушки обнаружения.

В любой случае, что важно, так это использование металлической бобины и высокотемпературного провода, так как то и другое вместе позволяет работать при высоких температурах без использования хладагентов.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано поперечное сечение известного устройства для определения местоположения, выполненного с использованием полимерных компонентов.

На фиг.2 показано поперечное сечение первого конструктивного варианта устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.3 показано поперечное сечение второго конструктивного варианта устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.4 показан вид снизу устройства, показанного на фиг.3.

На фиг.5 показан ток, циркулирующий в проводящем диске.

На фиг.6 показана принципиальная электрическая схема, поясняющая использование содержащего две катушки устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.7 показана принципиальная электрическая схема, поясняющая использование содержащего три катушки устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.8 показано использование эталонной мишени вместе с вариантом устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.9 показана блок-схема всей системы определения местоположения, в которой использовано устройство в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

Первый вариант устройства в соответствии с настоящим изобретением, содержащий три катушки, показан на фиг.2. Общее построение устройства аналогично устройству на фиг.1, так что устройство содержит каркас 11 и проводящие обмотки или катушки 13 (эталонная катушка), 14 (катушка возбуждения), 15 (катушка обнаружения или измерительная катушка), расположенные вокруг цилиндрического магнитного сердечника 12. В отличие от известного устройства на фиг.1, каркас 11 на фиг.2 показан как изготовленный в виде одной металлической детали с центральным отверстием 10, в которое вставлен сплошной или пластинчатый магнитный сердечник 12. Пластинчатый сердечник 12 позволяет использовать более высокую рабочую частоту за счет снижения потерь на вихревые токи, однако он является более сложным, чем простой сплошной сердечник. Использование сплошного сердечника 12 обеспечивает оптимальную прочность датчика, но ограничивает максимальную рабочую частоту до нескольких сотен герц. Так как сердечник 12 должен выдерживать высокие температуры без снижения своих магнитных свойств, то материал сердечника должен иметь точку Кюри выше максимальной рабочей температуры датчика. Когда используют пластинчатый материал, тогда это должен быть высокотемпературный отожженный материал.

Каркас 11 содержит полую цилиндрическую секцию 20, образующую центральное отверстие 10, и фланцы 16, 17, 18 и 19, которые действуют как торцевые пластины и прокладки для разделения катушек 13, 14, 15.

Катушечные обмотки 13, 14, 14 изготовлены из анодированного алюминиевого провода, типично диаметром 0.5 мм. Алюминиевый провод имеет диапазон рабочих температур до 500°С. Слой оксида алюминия, образованный за счет процесса анодирования, создает слой изоляции вокруг провода. Слой изоляции имеет отличные диэлектрические свойства и является стабильным до 2000°С. Так как изоляция выполнена в виде слоя изоляции из оксида алюминия, окружающего проводящую секцию провода, то это улучшает работу при повышенной температуре, при воздействии воздуха или других аналогичных богатых кислородом газовых сред. Следует иметь в виду, что при повреждении изоляционного слоя может происходить некоторое самовосстановление. Катушечные обмотки 13, 14, 15, намотанные на металлическом каркасе 20 катушек, образуют узел катушек, который может работать непрерывно и без охлаждения при очень высоких температурах до 500°С. Конструкция является ударопрочной и вибропрочной, что позволяет использовать устройство в очень жестких условиях окружающей среды.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3, каркас 31 не изготовлен из одной металлической детали, а скорее изготовлен из нескольких дисков 36, 37, 38, 39, которые образуют прокладки и торцевые пластины. Эти пластины затем прикрепляют к центральному цилиндру 32. Этот цилиндр 32 может быть полым и может быть предназначен для заполнения его материалом сердечника, как в конструкции, показанной на фиг.2, или же центральный цилиндр 32 сам является сердечником и диски 36, 37, 38, 39 непосредственно прикреплены к нему, как это показано на фиг.3. Например, в этом случае могут быть использованы две марки стали, одна с высокой проницаемостью для центрального сердечника 32, а другая с низкой проницаемостью для дисков 36-39. Затем эти две марки стали сваривают вместе, чтобы образовать объединенный узел каркаса и сердечника. Эта конфигурация позволяет создать простую прочную конструкцию, в которой катушечные обмотки 33 (эталонная катушка), 34 (катушка возбуждения) и 35 (измерительная катушка) намотаны непосредственно на имеющем высокую проницаемость сердечнике 11, что позволяет исключить имеющий низкую проницаемость зазор между катушками и сердечником, который имеется в конструктивном варианте, показанном на фиг.2. Полученная конструкция обладает высокой прочность, причем каркас 31 может выдерживать температуры выше 700°С.

На фиг.4 показан паз 40, введенный в переднюю пластину 39 (аналогичный паз может быть введен в концевую пластину 36), чтобы удобным образом можно было вывести намоточный провод от узла катушек. Паз 40 является не обязательным и может быть заменен небольшими расположенными соответствующим образом отверстиями. Однако следует иметь в виду, что паз 40 также разрывает круговой путь 50 тока вокруг узла катушек, схематично показанный на фиг.5, который существует при отсутствии паза 40. Этот круговой путь 50 тока действует как короткозамкнутый виток вокруг сердечника 32, что снижает общий КПД системы. Таким образом, паз 40, который позволяет снижать потери за счет вихревых токов в пластинах 36-39 каркаса, обеспечивает более эффективную и стабильную работу.

На фиг.5 показано, что диск 39 из нержавеющей стали можно рассматривать как короткозамкнутый виток 50, в котором имеются циркулирующие токи. Несмотря на то что снижает КПД системы, это оказывает малое влияние на полную чувствительность.

В конструктивном варианте, показанном на фиг.3, сердечником 32 может быть сплошной сердечник из углеродистой стали. Это снижает максимальную рабочую частоту измерительной системы за счет наведенных блуждающих токов. Однако, при относительно низких частотах и токах возбуждения, эти блуждающие токи являются малыми, и система работает удовлетворительным образом. При работе на более высокой частоте может быть использован пластинчатый сердечник, однако его нельзя использовать в простой сварной конструкции, которую используют в других конструктивных вариантах. Кроме того, когда в системе используют сплошные проводящие материалы, тогда следует удерживать низкими возбуждаемые электромагнитные силы. Это может быть достигнуто за счет использования низких токов возбуждения. Блуждающие токи также снижают до минимума за счет использование марок стали с относительно высоким удельным сопротивлением.

Результирующий каркас катушек имеет очень прочную конструкцию, стойкую к высоким температурам и механическим ударам. Сердечник может удовлетворительно работать до точки Кюри материала сердечника, а типично до температуры свыше 700°С.

Конфигурации катушки

По меньшей мере две конфигурации катушки могут быть использованы в этой конструкции, при работе с двумя и тремя катушками.

На фиг.6 показана работа с двумя катушками, когда используют только верхнюю и нижнюю секции 60, 61 катушки и устройство выполнено как стандартный датчик с делителем напряжения. В этой конфигурации, когда мишень 6 отсутствует, напряжение возбуждения делится в соответствии с импедансами верхней и нижней катушек 60, 61. Когда импеданс нижней катушки 61 изменяется за счет приближения мишени 6, напряжение V изменяется в функции расстояния от мишени до измерительной катушки.

На фиг.7 показана система для работы с тремя катушками. В этой конфигурации, обмотка 72 возбуждения создает магнитное поле в узле катушек и в расположенном в непосредственной близости магнитном сердечнике 74. При отсутствии мишени 6, система является симметричной и сбалансированной так, что эталонная катушка 70 и катушка 71 обнаружения вырабатывают практически одинаковые напряжения. Результирующая разность напряжений между эталонной катушкой 70 и катушкой 71 обнаружения является очень низкой и вызвана только отклонениями при изготовлении эталонной катушки 70 и катушки 71 обнаружения. Когда мишень 6 находится поблизости от катушки 71 обнаружения, магнитное поле становится разбалансированным и возрастает результирующая разность напряжений. Амплитуда напряжения является функцией расстояния от мишени 6 до катушки 71 обнаружения.

Влияния температуры

Магнитная восприимчивость и сопротивление стали, из которой изготовлена мишень, такой как углеродистая сталь, изменяются при изменении температуры. Это приводит к изменению зависимости между расстоянием и выходным напряжением в функции температуры. Поэтому на практике следует производить измерение температуры системы и вводить соответствующую компенсацию температуры. Если система обнаружения основана на фиксированной рабочей точке, в которой контролируют расстояние как специфическое расстояние, то может быть введена эталонная мишени 6', в дополнение к фактической мишень 6, как это показано на фиг.8.

В случае использования системы с тремя катушками, эталонная мишень 6' может быть изготовлена из такого же материала, что и мишень 6, и эталонный зазор 80 может быть таким же, что и измеряемый зазор 81 мишени. Это позволяет получить систему, которая сбалансирована при одном и том же напряжении для обеих эталонной и измерительной катушек. Этот баланс будет оставаться фактически независимым от температуры, и поэтому получают по существу равный нулю выходной сигнал при измерении разности напряжений между двумя катушками в очень широком диапазоне температур. Изменения выходного напряжения происходят за счет изменений симметрии, так что конструкция должна быть возможно более симметричной. Отклонение от уставки за счет изменения расстояния до мишени 6 будет приводить к тому, что напряжение обнаружения будет становиться больше эталонного напряжения для более коротких расстояний, и наоборот. Амплитуда напряжения является функцией расстояния, в то время как фаза относительно напряжения возбуждения служит индикацией направления.

Температура будет влиять на чувствительность при разбалансе, за счет изменения сопротивления катушки возбуждения, проницаемости компонентов из мягкой стали и изменения сопротивления металлических компонентов, в том числе бобин, каркасов и мишени. В стандартных измерительных системах, якорь расположен по центру в катушке и его отклонение от центра повышает выходной сигнал от одной катушки и соответственно снижает выходной сигнал от другой катушки. Это позволяет использовать технологию, которая содержится в публикации Analog Devices, когда местоположение задано выражением (V1+V2)/(V1-V2). В этой конфигурации, фактически все погрешности могут быть подавлены, так как выходной сигнал эффективно нормализован при полном магнитном поле, возбужденном при помощи катушки возбуждения. Эта топология может быть использована в варианте осуществления изобретения, в котором якорь представляет собой свободно движущийся компонент, заменяющий фиксированный сплошной сердечник первого конструктивного варианта.

При измерении расстояния, когда мишень является внешней и не соединена с измерительной катушкой, подавление погрешности на основании (V1+V2)/(V1-V2) не работает, так как полный выходной сигнал изменяется при изменении местоположения мишени. В конфигурации, показанной на фиг.8, выходной сигнал катушки, когда он не сбалансирован, изменяется при изменении температуры за счет различных описанных здесь выше факторов. Так как эти факторы являются функцией свойств материала, использованного при конструировании, и его соответствующей температуры, то компенсация температуры возможна на основании измерения температуры узла катушек и температуры мишени. Если это возможно, то температура узла катушек, температура мишени и температура эталонной мишени должны быть одинаковыми. В этом случае можно производить только одну коррекцию температуры. Если это практически неосуществимо, то измеряют три температуры, а именно температуры узла катушек, мишени и эталонной мишени. После этого необходимо произвести индивидуальную компенсацию каждого компонента.

Типичная блок-схема полной измерительной системы показана на фиг.9, в которой синусоидальный сигнал 90 возбуждения поступает на катушку 91 возбуждения. Измерения напряжений измерительной катушки 92 и эталонной катушки 93 производят так, что измеряют только разность напряжений, или же измеряют индивидуальные напряжения катушек, после чего сумма и разность напряжений могут быть вычислены в микроконтроллере или в микропроцессоре 94. Сигналы переменного тока выпрямляют с использованием аппаратных или программных средств, причем скорость преобразования в аналого-цифровом преобразователе 95 является достаточно высокой. Измерения температуры производят на корпусе катушки и на эталонной мишени и на мишени, чтобы получить температуру 98 катушки и температуру 97 эталонной мишени и температуру 96 мишени. Так как зависимость между расстоянием до мишени 6 и напряжением сигнала является нелинейной, то микроконтроллер/микропроцессор 94 вырабатывает функции линеаризации, так что выходной сигнал системы будет пропорциональным расстоянию между мишенью 6 и катушкой. Микроконтроллер/микропроцессор 94 также измеряет соответствующие температуры и создает алгоритмы температурной компенсации для снижения до минимума влияний температуры на результаты измерения. Микроконтроллер/микропроцессор 94 обеспечивает вывод информации на дисплей 99 и на аналоговые выходы 100, или же обеспечивает функции аварийной сигнализации, в зависимости от требований к системе.

1. Устройство для определения местоположения, которое содержит:
i) цилиндрический сердечник, имеющий продольную ось;
ii) по меньшей мере три диска или фланца, установленные на продольной оси сердечника;
iii) катушки из провода, расположенные вокруг продольной оси сердечника между всеми смежными парами дисков или фланцев, содержащие по меньшей мере первую катушку между первой парой дисков или фланцев и вторую катушку между второй парой дисков или фланцев;
причем провод каждой катушки содержит проводящий металл, главным образом, с диэлектрическим оксидным или керамическим покрытием, при этом диски или фланцы изготовлены из неполимерного материала; при этом
сердечник и диски или фланцы выполнены взаимно закрепленными в пространственном отношении; и
указанное устройство выполнено с возможностью определения расстояния до металлического объекта, находящегося вне устройства.

2. Устройство по п.1, в котором провод представляет собой анодированный алюминиевый провод с диэлектрическим покрытием из оксида алюминия.

3. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере три диска или фланца образуют часть конструкции бобины, которая также содержит полую центральную цилиндрическую секцию, которая образует цилиндрический сердечник.

4. Устройство по п.3, в котором по меньшей мере один из дисков или фланцев и центральная цилиндрическая секция образуют монолитную конструкцию.

5. Устройство по п.3 или 4, в котором по меньшей мере один из дисков или фланцев приварен к центральной цилиндрической секции или прикреплен к ней.

6. Устройство по п.1, в котором цилиндрический сердечник изготовлен из материала с металлическими свойствами и в котором диски или фланцы непосредственно приварены к цилиндрическому сердечнику или прикреплены к нему.

7. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере один из дисков или фланцев изготовлен из первого материала, а цилиндрический сердечник изготовлен из второго материала.

8. Устройство по п.7, в котором первый и второй материалы являются одинаковыми.

9. Устройство по п.7, в котором первый и второй материалы являются разными.

10. Устройство по п.1, в котором диски или фланцы изготовлены из материала с относительной магнитной проницаемостью не больше чем 2.

11. Устройство по п.1, в котором диски или фланцы изготовлены из алюминия или из аустенитной стали.

12. Устройство по п.1, в котором цилиндрический сердечник представляет собой магнитный металлический сердечник.

13. Устройство по п.12, в котором цилиндрический сердечник имеет относительную магнитную проницаемость больше чем 100.

14. Устройство по п.12 или 13, в котором цилиндрический сердечник представляет собой сплошной сердечник.

15. Устройство по п.12 или 13, в котором цилиндрический сердечник представляет собой пластинчатый сердечник.

16. Устройство по п.1, в котором цилиндрический сердечник представляет собой воздушный сердечник или неметаллический сердечник.

17. Устройство по п.1, в котором по меньшей мере один диск или фланец имеет радиальный паз.

18. Устройство по п.1, которое содержит три диска или фланца и две катушки.

19. Устройство по п.1, которое содержит четыре диска или фланца и три катушки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к индуктивным преобразователям угла поворота систем автоматики. Технические результат заключается в повышении точности работы преобразователя и упрощении его изготовления.

Относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений с помощью преобразователя перемещения индукционного типа. Техническим результатом заявленного изобретения является существенное повышение надежности работы индукционного датчика положения.

Изобретение относится к сенсорному устройству для определения положения и/или изменения положения объекта измерения относительно сенсора, причем с объектом измерения сопоставлен магнит.

Изобретение относится к способу определения положения и/или изменения положения объекта измерения относительно чувствительного элемента. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений, с помощью преобразователя перемещения индукционного типа.

Изобретение относится к измерительной технике, контролю линейных перемещений габаритных валов роторных машин. .

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения линейного и углового перемещения. .

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой систему измерения положения и предназначено для определения экстремального положения (xmin, xmax) управляющих стержней ядерной энергетической установки. Система включает канал, в котором перемещается стержень. На одном конце стержня расположен магнитный элемент, вдоль канала размещены сенсорные элементы - герконы, детектирующие магнитное поле с напряженностью выше порогового значения. Также система содержит индуктивную измерительную систему, которая включает индуктивные катушки и омический блок, образующий последовательное соединение с как минимум одной катушкой и схемное соединение с герконом. Схемным устройством шунтируется омический блок при замыкании геркона. Техническим результатом является повышение надежности и точности. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к измерительной технике. Сущность: определяют значения активной и индуктивной компонент напряжения на обмотке датчика в широком диапазоне частот. Находят оптимальную частоту питания обмотки из условия, что индуктивная компонента напряжения на обмотке линейно зависит от положения подвижного элемента и имеет лишь аддитивную составляющую температурной погрешности в рабочем диапазоне температур. На оптимальной частоте определяют активную и индуктивную компоненты напряжения на обмотке, преобразуют их в напряжения постоянного тока и формируют из них выходной сигнал. Устройство содержит обмотку на сердечнике в проводящем цилиндрическом корпусе, охватывающий его подвижный элемент в виде проводящей трубки и электронный модуль. Сердечник обмотки выполнен из немагнитного непроводящего материала. Обмотка питается напряжением определенной частоты. Электронный модуль содержит средства для выделения активной и индуктивной компонент напряжения на обмотке, преобразования их в соответствующие напряжения постоянного тока и формирования из них линейной комбинации, пропорциональной положению подвижного элемента, с коэффициентом, значение которого подбирается экспериментально. Технический результат: упрощение термокомпенсации индуктивного датчика положения, упрощение его конструкции и уменьшение его себестоимости. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх