ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 2013 года по МПК G01B7/30 G01D5/22 

Трансформаторный преобразователь угловых перемещений относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использован для измерения угловых перемещений в системе контроля параметров шасси самолетов в авиационной технике, в том числе в различных цепях телеконтроля и управления электротехнических, электромеханических устройств.

Известен дифференциальный индуктивный датчик угловых перемещений [1], содержащий пластинчатый ферромагнитный ротор - экран, две катушки индуктивности, соединенные дифференциально, втулку с размещенными в ней каркасами катушек индуктивности.

Наиболее близким к предлагаемому преобразователю по технической сущности является трансформаторный преобразователь больших угловых и малых линейных перемещений [2], содержащий в паре выполненных из сплошной стали стаканообразных половин корпуса выпрессованные из порошковой стали полый цилиндр и пару торцовых крышек статора, обмотки возбуждения и измерения, размещенные в двух кольцеобразных и радиальных пазах крышек статора, вал ротора с диском, а на каждой из диаметрально-противоположных сторон роторного диска закреплено по полудиску из пресс-порошковой стали.

Поскольку предметом заявляемого технического решения является трансформаторный преобразователь угловых перемещений, сравнение с аналогом будем проводить в той части, которая касается только преобразователя угловых перемещений.

Недостатком известного трансформаторного датчика является низкая чувствительность и наличие дополнительной погрешности, обусловленной неидентичностью параметров секций питающей обмотки и распределения магнитных потоков.

Целью предлагаемого изобретения является повышение чувствительности и снижение погрешности от неидентичности параметров секций обмотки питания и распределения магнитных потоков, пронизывающих секции измерительной обмотки.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом преобразователе, содержащем цилиндрический корпус, ферромагнитный статор с размещенными в нем обмоткой возбуждения и двумя секциями измерительной обмотки, расположенными вокруг двух полюсов статора, имеющих форму секторов, ферромагнитный ротор, выполненный в виде полудиска и расположенный соосно со статором, обмотка возбуждения выполнена в виде кольца и размещена в кольцевом пазу статора, обращенном к ротору, между секциями измерительной обмотки коаксиально кольцевым ее участкам.

На фиг.1 представлена конструктивная схема трансформаторного преобразователя угловых перемещений.

Трансформаторный преобразователь угловых перемещений содержит корпус (1), внутри которого расположены статор (2) и ротор (5). Измерительные обмотки (3) размещены вокруг двух полюсов (6) статора (2), имеющих форму секторов с углом около 180°, и соединены последовательно встречно.

Преобразователь работает следующим образом: при подаче в обмотку возбуждения (4) переменного тока в магнитопроводе статора (2), охваченном обмоткой (4), возбуждается переменный магнитный поток, который проходит через ротор (5), воздушный зазор между ротором (5) и статором (2), полюсы (6) статора (2), охваченные секциями измерительной обмотки (3), и замыкается через основание статора (2) фиг.1.

Путь прохождения магнитного потока на фиг.1 показан стрелками. При прохождении переменного магнитного потока по указанному на фиг.1 пути в секциях измерительной обмотки (3) индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), величина которой зависит от площади перекрытия ротором (5) соответствующего полюса (6) статора (2). В положении ротора (5), показанном на фиг.1, площади перекрытия ротором (5) полюсов (6) статора (2) равны, а следовательно, равны и ЭДС в секциях измерительной обмотки (3). При повороте ротора (5) в ту или иную сторону площадь перекрытия ротором (5) полюсов (6) статора (2) изменится, соответственно изменится и выходная ЭДС соответствующей обмотки (3). Причем это изменение будет осуществляться не только за счет изменения индуктивности секций измерительной обмотки (3), но и за счет перераспределения магнитного потока, проходящего через соответствующий полюс (6) статора (2), что приводит к увеличению чувствительности преобразователя.

В известном датчике [2] такого перераспределения не происходит, так как магнитные потоки, развиваемые согласно включенными секциями обмотки питания, направлены навстречу друг другу и могут только компенсировать друг друга. Поэтому изменение ЭДС в секциях измерительной обмотки происходит только за счет изменения их индуктивности.

Кроме того, в известном преобразователе возникают дополнительные погрешности из-за неидентичности параметров секций питающих обмоток между собой и как следствие неидентичности развиваемых магнитных потоков.

Электрическая схема трансформаторного преобразователя угловых перемещений приведена на фиг.2, где L₁ - обмотка возбуждения, L₂ и L₃ - секции измерительной обмотки.

ЭДС секций вторичной обмотки трансформаторного преобразователя определяется выражениями:

где ω=2πf;

f - частота напряжения питания;

M_o - взаимная индуктивность секции измерительной обмотки и обмотки возбуждения при расположении ротора на нейтрали трансформаторного преобразователя;

- напряжение, приложенное к клеммам обмотки возбуждения;

Z_B - полное сопротивление обмотки возбуждения;

φ - угловое перемещение ротора относительно электрической нейтрали преобразователя;

m - изменение взаимной индуктивности секции измерительной обмотки возбуждения, приходящееся на единицу углового перемещения ротора.

Выражая величины E₁ и E₂ в долях выходной ЭДС, приходящейся на единицу перемещения ротора, получим:

где E_o - ЭДС на зажимах секций измерительной обмотки при расположении ротора в электрической нейтрали преобразователя;

e - изменение ЭДС в измерительных обмотках, приходящееся на единицу углового перемещения ротора;

Величина выходной ЭДС преобразователя при встречном включении измерительных обмоток определяется выражением:

В полученном выражении значение выходной ЭДС преобразователя непосредственно связано с перемещением ротора.

Ротор преобразователя в процессе измерения связан с объектом контроля.

Таким образом, за счет применения одного статора из ферромагнитного материала, размещения обмотки возбуждения в кольцевом пазу статора между двумя секциями измерительной обмотки, коаксиально ее кольцевым участкам, повышается чувствительность и точность измерений трансформаторного преобразователя угловых перемещений.

Повышение чувствительности обусловлено перераспределением магнитного потока между полюсами, охваченными измерительными обмотками при повороте ротора.

Уменьшение погрешности достигается за счет использования одной обмотки возбуждения, исключающей погрешность от несимметричности магнитных цепей в случае использования двух обмоток.

Источники информации

1. RU, патент №22062975, кл. G01B 7/00, 1988 г.

2. SU, патент №1420354, кл. G01B 7/30, 1996.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения угловых перемещений в авиационной технике, в том числе в различных цепях управления электротехнических, электромеханических устройств. Сущность: преобразователь содержит цилиндрический корпус (1), статор (2) с кольцевыми (6) и радиальными (7) пазами, выполненный из ферромагнитного материала, обмотку измерения (3), выполненную двухсекционной и размещенную в радиальных (7) и кольцевых пазах (6) статора (2), обмотку возбуждения (4), выполненную в виде кольца и размещенную в кольцевом пазу (6) статора (2) между двумя секциями измерительной обмотки (3), коаксиально ее кольцевым участкам, ротор (5) в форме полудиска, расположенный соосно со статором (2). Технический результат: повышение чувствительности, снижение погрешности. 2 ил.

Трансформаторный преобразователь угловых перемещений, содержащий цилиндрический корпус, ферромагнитный статор с размещенными в нем обмоткой возбуждения и двумя секциями измерительной обмотки, расположенными вокруг двух полюсов статора, имеющих форму секторов и соединенных последовательно встречно, и ферромагнитный ротор, выполненный в виде полудиска и расположенный соосно со статором, отличающийся тем, что обмотка возбуждения в нем выполнена в виде кольца и размещена в кольцевом пазу статора, обращенном к ротору, между секциями измерительной обмотки коаксиально кольцевым ее участкам.