Датчик частоты вращения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик!

>949502 (61) Дополнительное к. авт. свид-ву (22) Заявлено 180980 (21) 2985186/18-10

Р М g> з с присоединением заявки №

G 01 Р 3/46

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070882. Бюллетень ¹ 29

Дата опубликования описания 070882 (53) УДК681.2. .083.8s531 °

° 77(088 ° 8) (72) Авторы изобретения

В.Н.Горюнов, В Б. Сухинин, В.В. Жильц в и,3, Ф,. Беляев

P

Р "Р

1. (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ЧАСТОТЫ ВРИЦЕННЯ

Изобретение относится к технике измерения незлектрнческих величин и может быть использовано для измерения мгновенных значений малых скоростей вращения.

Известные датчики скоростей, содерхащие постоянный магнит, ярмо и обмотки, неприменимы для контроля и измерения малых угловых скоростей иэ-за низкой чувствительности fl).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является датчик частоты вращения, содержащий цилиндрический магнитопровод с равномерно расположенными обмотками, вращающийся постоянный магнит прямоугольной Формы, датчик угла и коммутатор (2).

Эти датчики производят измерение мгновенных значений малых угловых скоростей в пределах полного поворота со значительной погрешностью, так как амплитуда пульсаций прн постоянной угловой скорости составляет до

5ОЪ от уровня выходного сигнала. Вви» ду того, что каждая обмотка занимает только четверть окружности магнитопровода и при переходе магнита от одной обмотки к другой изменяется число витков обмоток, пронизываемых магнитным потоком ротора, что и приводит к зависимости чувствительности датчика от углового положения ротора.

Цель изобретения — устранение пуль- . саций и повыаение точности измерения мгновенных эна1ений малых скоростей . вращеиия в пределах полного оборота.

Для достижения указанной цели обмотки выполнены бнфилярно И СоеДИнены попарно, последовательно и встречно, причем угол смещения второй.обмотки относительно первой в каждой паре выбран равным 180о а смещение каждой иэ образованных пар относи15 тельно претзадущей равно ширине полюса ротора.

На фиг.1 приведена схема датчика на фиг.2 и 3 приведена форма ЭДС, наводимая соответственно в первой и

20 второй паре обмоток в Функции углового положения:ротора при постоянной угловой скорости; на фиг.4 - форма

ЭДС на выходе преобразователя в зависимости от углового положения магни25 та. . Датчик содержит магнитопровод 1, на котором расположены равномерно распределенные бнфилярно намотанные

9бмотки (секции) 2, начало которых

ЗО Н, )1, Нв, Н4. смещены относительно

949502 обмотки остается постоянной и оПределяется только скоростью, участок p9 - (pb (фи г . 2 ) °

Уменьшение ЭДС в обмотке начинается н тот момент, когда полюс N выходит из границ первой секции и входит под вторую, а полюс переходит от второй секции к первой, участок Ч

Нулевое значение выходного сигнала соответстнует нейтральному положению магнита (фиг.2). В дальнейшем нсе процессы понторяются с той лишь разницей, что выходной сигнал обмотки протиноположен по знаку ЭДС на участке Y - <р (фиг.2).

Аналогично можно объяснить зависимость ЭДС на ныходе второй пары у обмоток (фиг.2), смещенной относительной первой на угол < {фиг,1), диапазон изменения которого от Ю до7С-Y . Измерение мгновенных значений с высокой точностью возможно только на прямолинейных участках рассмотренных зависимостей. Величина этих участков определяется шириной ротора и равна Е - Ч, где угол { соответствует ширине ротора Ж . Введение второй обмотки, намотанной вместе с первой, но сдвинутой относительно ее на угол с6, позволяет производить измерение мгновенных скоростей вращения н пределах полного оборота с большой точностью, если ширина ротора не превышает 80

Измерение мгновенной скорости производится следующим образом.

B тот момент, когда магнит нахоГ тся в пределах участках Р - F лектронный коммутатор по сигналу датчика 5 угла подключается к выходу датчика скорости первую пару обмоток и напряжение определяется только скоростью вращения и не зависит от углового положения ротора.

В диапазоне Чу - Чу подключается вторая пара обмоток и выходная ЭДС

У опять же пропорциональна только

„скорости. На участке gg - 9j электрон, ный коммутатор подключает первую пару обмоток с одновременной инверсией напряжения (пунктирная кривая, фиг.2), а на участке 9 - - вторую также с инверсией (пунктирная кривая, фиг,З), Таким образом, при постоянной угловой скорости получается зависимость ЭДС от (фиг.4), Таким образом, предлагаемое исполнение датчика обеспечивает линейную эанисимость выходного напряжения от угловой скорости в пределах полного оборота, эа счет смещений пар обмоток.

Длительность переключения с одной пары обмоток на другую составляет несколько нс и практически не вносит

2 .,-, K .„: : о E B е т с T н е н н О

7,:;. ..; образом, разме;. н i сек цни ) ло ок Ружности .,ода соотнет:".ь .н унт дуге, я:.: —.=;: =алу 3, внутри магнитопрол;реплен лосто-.,"..ö дй >;-,гни - d. 5 цу г-.—:. окружности, сооть етстн ующая

; агни „ олоонод ! :. лоложеннО

r.;;: ло» полюсом магииr 4, обозначена р ..-е;..=: 1 . вал 3 -„-с едина н с об ьектсм, скорость ко-орого изменяется „и с 10 датч-:;иксы 5 угла, управляющим работой злак-",;с:нного коммутат эра 6. Вместо да .. ;а 5 угла, н ряде случаев для у .";,-;шенин габаритов всего устройства измерения скорости, возможно ис- 15 пользование концевых переключателей или реле времени, выполняющих ту же фу яр с 1-,,-:1

Устройство работает следующим обт-. р g r i, 20

При вращении магнита 4 era магнитный поток пронизывает витки измери.тельной обмотки 2, н которой наводится ЭДС пропорционально скорости вращения нала 3. 25

 — ерном приближении имеем

B ),, И й, где ". - индукция и рабочем зазоре;

).1 --ширина полюса ротора;

К. — удельное число витков из- 30 "3

MåðHTe HOÀ обмотки; угловая скорости вращения

:Р— расстояние от оси вращения до витков обмоткй статора, рассмотрим процессы возникновения

ЭДС н первой паре обмоток.

За H: †..÷ýëüíûé момент принято по- ложение магнита, когда он,занимает нейтральное положение относительно секции первой пары обмоток (см. фиг.1), т.е. ось магнита проходит через границу раздела днух секций

{полонина каждого полюса находится и пределах первой секции отмеченной

Н, К... а другая половина — н пределах второй отмеченной Н, KK<) )45

При вращении магнита по часовой стрелке ЭДС н первой секции возрас= тает, так как увеличивается число витков секции, пронизываемых магнитньпч потоком полюса N и уменьшается число витков, пронизываемых магнитным потоком полюса Я, за счет которого н первой секции наводится ЭДС противоположного знака. НапРяжение во вто- 55 рой секцйи по аналогичным причинам возрастает, но имеет противоположную полярность по сравнению с напряжением в первой секции. Так как секции включены встречно и последовательно, то результирующий сигнал на выходе обмотки возрастает, участок

Ц> — . (фиг.2) . При движении:полюсов(в пределах секции, число витков пронизываемых магнитным потоком ротора остается постоянным, поэтому ЭДС .65 погрешности в процесс измерения.

949502

Последовательное и встречное включение обмоток с одной стороны увеличивает чувствительность, а с другой обуславливает малую постоянную времени, так как суммарная индуктивность пар обмоток стремится к нулю. 5.

A бифилярное исполнение обмоток обеспечивает их полную эквивалентность, что исключает колебание выходного напряжения в момент переключения. 10

Применение датчика частоты в системах регулирования частоты вращения электропривода йоэволит повысить точность поддержания и улучшить тем самым качество процесса регулирования)5

Годовой экономический эффект достигаемый за счет этого, составляет

1,6 - 2,4 тыс.руб. на одну систему регулирования.

Формула изобретения

Датчик частоты вращения, содержащий цилиндрический магннтопровод с равномерно расположенными обмотками, вращающийся постоянный магнит прямоугольной форьы, датчик угла и коммутатор, отличающийся тем, что, с целью устранения пульсаций н повышения точности измерения мгновенных значений малых скоростей вращения, обмотки выполнены бифилярно и соединены попарно, последовательно и встречно, причем угол смещения второй обмотки относительно первой в каждой паре выбран равным

180, а смещение каждой из образо" ванных пар относительно предыдущей равно ширине полюса ротора. источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. М., Иа" шнностроение, 1965, с. 456-483 °

2. Авторское свидетельство CCCP

Р 391481, кл. G 01 Р 3/46, 1973 (прототип) .

949502

Составитель И. Мочарская

Редактор Н. Бобкова Техред М.Рейвес Корректор В. Ватага

Заказ 5738/32 тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и откритий

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

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4