ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК G01B7/02 G01D5/20 G08C19/06 

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений, а именно к датчикам линейных перемещений.

Известен датчик линейных перемещений, содержащий О-образный магнитопровод и пересекающий его магнитное поле экран, в основании магнитопровода выполнены сквозные отверстия, в которых расположены измерительные обмотки [1]
Недостаток указанного датчика состоит в сравнительно невысокой точности.

Известен датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод с неподвижными обмотками и подвижным элементом, в котором неподвижные обмотки размещены попарно в отверстиях оснований магнитопровода, соединены между собой согласно и включены в мостовую схему измерения [2]
Недостаток известного датчика состоит в ограниченных функциональных возможностях, а именно в невозможности измерения двух взаимных перемещений, что не позволяет добиться нулевого сигнала на его выходе в любом положении подвижного элемента.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод, выполненный в виде трех оснований, соединенных общим стержневым магнитопроводом, и четырех стержневых магнитопроводов, расположенных параллельно общему стержневому магнитопроводу и соединенных одним из торцов с соответствующим основанием, основания магнитопровода охвачены тремя секциями обмотки возбуждения, соединенных друг с другом последовательно-встречно, в основаниях магнитопровода выполнены сквозные отверстия, в которых расположены измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схеме, подвижный элемент выполнен в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на общем стержневом магнитопроводе с разных сторон от среднего основания [3]
Однако данный датчик не позволяет осуществлять больше двух взаимных перемещений, что следует признать недостаточным. Кроме того, кинематическая схема датчика не обладает полной симметрией, поэтому потоки рассеивания в оппозитных частях датчика будут различны, что снижает точность измерения.

Цель изобретения повышение числа одновременных измерений взаимных перемещений различных объектов и повышение точности датчика.

Поставленная цель достигается тем, что датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод, выполненный в виде трех оснований, соединенных общим стержневым магнитопроводом, и четырех стержневых магнитопроводов, расположенных параллельно общему стержневому магнитопроводу и соединенных одним из торцов с соответствующим основанием, подвижный элемент, выполненный в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на общем стержневом магнитопроводе с разных сторон от среднего основания, основания магнитопровода охвачены тремя секциями обмотки возбуждения, соединенными друг с другом последовательно-встречно, в основаниях магнитопровода выполнены сквозные отверстия, в которых расположены измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схеме измерения, магнитопровода снабжен тремя дополнительными отверстиями, соединенными дополнительным общим стержневым магнитопроводом, и двумя дополнительными стержневыми магнитопроводами, расположенными параллельно дополнительному общему стержневому магнитопроводу, и соединенных одним из торцов с соответствующим дополнительным основанием, дополнительные основания охвачены тремя секциями дополнительной обмотки возбуждения, соединенными друг с другом последовательно-встречно, в отверстиях дополнительных оснований, в том числе в общем отверстии средних оснований, расположены дополнительные измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схема измерения, основные и дополнительные обмотки возбуждения включены между собой, например, параллельно, а основная и дополнительная мостовые схемы измерительных обмоток включены друг с другом последовательно-встречно, торец дополнительного среднего основания соединен с торцом основного среднего основания, датчик снабжен дополнительным подвижным элементом, выполненным в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на дополнительном общем стержневом магнитопроводе.

Такое выполнение датчика линейных перемещений позволяет расширить функциональные возможности датчика за счет одновременного измерения перемещений двух дополнительных параллельно расположенных объектов, а также повысить точность датчика за счет полной симметрии его кинематической схемы.

На чертеже изображена кинематическая схема предложенного датчика.

Датчик линейных перемещений содержит магнитопровод с тремя основаниями 1 3, в которых выполнены отверстия, общий стержневой магнитопровод 4, четыре основных стержневых магнитопровода 5 8, обмотку 9 возбуждения, четыре основных измерительных обмотки 10 13 и подвижный элемент, выполненный в виде короткозамкнутых экранов 14 и 15. Основания 1 3 охвачены тремя секциями обмотки 9 возбуждения, соединенных друг с другом последовательно-встречно. В сквозных отверстиях оснований 1 и 2 магнитопровода расположены измерительные обмотки 10 и 11, включенные между собой по мостовой схеме. Обмотки 12 и 13, расположенные в противоположных плечах моста, намотаны посекционно в сквозных отверстиях первого и второго оснований магнитопровода. Магнитопровод снабжен тремя дополнительными основаниями 16 18, соединенными между собой дополнительным общим стержневым магнитопроводом 19. Дополнительные основания 16 18 охвачены тремя секциями 22 дополнительно обмотки возбуждения, соединенными друг с другом последовательно-встречно.

В отверстиях дополнительных оснований 16 18 расположены дополнительные измерительные обмотки 23 26, включенные между собой по мостовой схеме. Основная 9 и дополнительная 22 обмотки возбуждения включены между собой, например, параллельно, а основная и дополнительная мостовые схемы измерительных обмоток включены друг с другом последовательно-встречно.

Торец дополнительного основания 18 соединен с торцом основного основания 3.

Датчик снабжен дополнительным подвижным элементом, выполненным в виде двух короткозамкнутых экранов 27 и 28, расположенных на дополнительном общем стержневом магнитопроводе 19. Стержневые магнитопроводы 7 и 8 являются общими для основного дополнительного магнитопроводов, так же как и сквозные отверстия в основании 3 и 18.

Датчик линейных перемещений работает следующим образом.

При перемещении подвижного короткозамкнутого экрана 14 и левую часть датчика магнитная индукция в левой части экрана уменьшается, а в средней части увеличивается, т.к. экран является значительным магнитным сопротивлением на пути магнитного потока. Вследствие этого насыщенность в стали в левой части уменьшается, а в средней части увеличивается, причем магнитные сопротивления магнитопровода вокруг сквозного отверстия в левой части уменьшатся, а в средней части увеличивается. За счет этого индуктивности обмоток 10 и 11 увеличатся, а индуктивности обмоток 12 и 13 уменьшатся. С изменением этих индуктивностей нарушится равновесие моста и на выходе появится сигнал, пропорциональный длине перемещения короткозамкнутого экрана 14.

При одновременном перемещении вправо или влево дополнительного подвижного короткозамкнутого экрана 27 будут аналогично изменяться индуктивности дополнительных измерительных обмоток 23 24 и 25 26, в результате чего на выходе дополнительного моста появится сигнал, пропорциональный длине перемещения короткозамкнутого экрана 27. Поскольку основная и дополнительная мостовые схемы включены между собой встречно, на выходе преобразователя появится сигнал, пропорциональный алгебраической сумме обоих перемещений.

Для того, чтобы в новом положении экранов 14 и 27 на выходе преобразователя получить выходной сигнал, равный нулю, необходимо подвижные короткозамкнутые экраны 15 и 28 переместить в ту же сторону и на такое же расстояние, что и экраны 14 и 27. При этом мостовые схемы вновь вернутся в состояние равновесия и на выходе преобразователя сигнал станет равен нулю. Тем самым датчик перемещений будет подготовлен для нового измерения.

Предлагаемое выполнение датчика линейных перемещений дает возможность одновременного или последовательного измерения четырех взаимных перемещений компенсационным методом и регулирование нулевого сигнала преобразователя в любом положении подвижных экранов, жестко связанных с контролируемыми объектами.

Использование: в системах автоматического контроля и преобразования перемещений. Сущность изобретения: датчик линейных перемещений содержит основной и дополнительный магнитопроводы, каждый из которых включает три основания 1 - 3 и 16 - 18, соединенные своим общим стержневым магнитопроводом 4 и 19, пару стержневых магнитопроводов 5, 6 и 20, 21Е и пару общих стержневых магнитопроводов 7 и 8, обмотку 9 и 22 возбуждения, измерительные обмотки 10, 11 и 23, 24 и подвижный элемент, выполненный в виде короткозамкнутых экранов 14, 15 и 27, 28, соединенных друг с другом последовательно-встречно. Средние основания 3 и 18 магнитопроводов одним из торцов соединены друг с другом. В сквозных отверстиях оснований магнитопроводов расположены измерительные обмотки, включенные между собой в отдельные мостовые схемы, которые в свою очередь включены между собой последовательно-встречно. Обмотки 12, 13 и 25, 26 расположены в противоположных плечах мостов. При одновременном перемещении подвижных экранов 14 и 27 нарушается равновесие магнитных мостов и на выходе появляется сигнал, пропорциональный алгебраической сумме перемещений этих экранов. Для получения на выходе преобразователя сигнала равного нулю необходимо подвижные экраны 15 и 28 переместить в ту же сторону и на такое же расстояние, что и экраны 14 и 27. 1 ил.

Датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод, выполненный в виде трех оснований, соединенных общим стержневым магнитопроводом, и четырех стержневых магнитопроводов, расположенных параллельно общему стержневому магнитопроводу и соединенных одним из торцов с соответствующим основанием, подвижный элемент, выполненный в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на общем стержневом магнитопроводе с разных сторон от среднего основания, основания магнитопровода охвачены тремя секциями обмотки возбуждения, соединенными одна с другой последовательно-встречно, в основаниях магнитопровода выполнены сквозные отверстия, в которых расположены измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схеме, отличающийся тем, что магнитопровод снабжен тремя дополнительными основаниями, соединенными дополнительным общим стержневым магнитопроводом, и двумя дополнительными стержневыми магнитопроводами, расположенными параллельно дополнительному общему стержневому магнитопроводу и соединенными одним из торцов с соответствующим основным основанием, дополнительные основания охвачены тремя секциями дополнительной обмотки возбуждения, соединенными одна с другой последовательно-встречно, в отверстиях дополнительных оснований, в том числе в общем отверстии средних оснований, расположены дополнительные измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схеме измерения, основные и дополнительные обмотки возбуждения включены между собой параллельно, а основная и дополнительная мостовые схемы измерительных обмоток включены последовательно-встречно, торец дополнительного среднего основания соединен с торцом основного среднего основания, датчик снабжен дополнительным подвижным элементом, выполненным в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на дополнительном общем стержневом магнитопроводе.