Преобразователь для бесконтактной передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта Советский патент 1983 года по МПК G01D5/12 

Изобретение относится к области информационно-иэмерительной техники и предназначено для бесконтактной передачи измерительных сигналов постоянного тока с вращающихся об -ектов На .неподвижную измерительную аппаратуру.

Известен преобразователь магнитомодуляционного типа для бесконтактной передачи медленно изменяющихся электрических сигналов с вращающегося объекта на неподвижные 1.

Этот преобразователь позволяет реализовать м.ногоканальную передачу при сравнительно небольших габарита и уменьшенной потребляемой мощности модуляции, однако требует тщательной регулировки воздушных зазоров между вращающимися и неподвижными частями и не может быть установлен на проходной части валов.

Наиболее близким по технической сущности является многоканальный преобразователь для бесконтактной передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта, включакядий роторную часть, содержащую вращающиеся магнитопроводы с сигнальными обмотками и общей обмоткой модуляциу, статорную часть, содержащую неподвижные магнитопроводы с измерительными обмотками, индуктивный токосъемник, коммутатор и датчик скорости вращения. Неподвижные магнитопроводы выполнены в виде Н-образных секторов с расположенными на средней их части измерительными обмотками. Вращающиеся магнитопроводы выполнены в виде выбора пластин с двумя окнами, в которых расположены секции модуляционной и сигнальной о моток, причем секции модуляционной обмотки на каждом магнитопроводе включены последовательно и встречно а секции сигнальной обмотки включены последовательно и согласно. Ротоная обмотка индуктивного токосъемника подключена к модуляционной обмотке , а концы неподвижных измерительных обмбток подключены к входам коммутатора, синхронизированного от датчика скорости вращения. Указанное устройство имеет повышенную технологичность и позволяет увеличить число каналов преобразования при расположении его на вапах. большого диаметра и ограниченных осевых размерах для установки t2}.

Однако из-за наличия воздушных зазоров между неподвижными магнитопроводами, принципиально нeoбxoдимfc для обеспечения нормальной работоспособности преобразователя, при пе еходе вращающегося магнитопров да от одного неподвижного магнитопровода к другому в измерительных обмотках наводится импульс ЭДС, вызванный резким изменением .магнитного потока в неподвижном магнитопроводе. Выделить на фоне возникакядего переходного процесса измерительный сигнал достаточно сложно, поэтому в течениечасти отрезка времени, когда вращающийся магнитопровод находится под конкретным неподвижным часть информации теряется или искажается затухающим переходным процессом. Это приводит при наличии

o в электронной аппаратуре интегратора к появлению дополнительной погрешности, величина которой зависит от параметров обмоток (активного и индуктивного сопротивления

5 и скорости вращения.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

Цель достигается тем, что в преобразователь для бесконтактной передачи сигналов постоянного тока с

вращающегося объекта, содержащий роторную часть, состоящую из равномерно расположенных по окружности магнитопроводов, выполненных в виде набора пластин с двумя окнами, в которых

расположены секции сигнальных обмоток, соединенные последовательно и соТласно, и секции общей обмотки модуляции , соединенные последовательно и встречно на каждом магнитопроводе,

0 статорную часть, состоящую из равномерно расположенных по окружности магнитопроводов, выполненных в виде Н-образных секторов с расположенными на средней их.части измерительными обмотками, индуктивный токосъемник, роторная обмотка которого подключена к общей обмотке модуляции, коммутатор, к входам которого подключены измерительные обмотки, и

Q датчик скорости вращения объекта, соединенный с коммутатором, дополнительно введены ферромагнитные вставки, расположенные с гарантированным зазором между неподвижными Н-образными магнитопроводами, а торцевые части Н-образных магнитопроводов выполнены со скосом, величина которого равна толщине набора пластин роторного магнитопровода, а ферромагнитные вставки выполнены в виде

0 буквы П, повторяющим сечение . Н-образного статорного магнитопровода.

Введение в зазоры.между неподвижными Н-образными неподвижными магнитопроводами ферромагнитных вставок и выполнение скосов на неподвижных магнитопроводах позволяет существенно уменьшить изменение постоянного магнитного потока,создаваемого секциями неподвижной измерительной

0 обмотки,в неподвижных Н-образных магнитопроводах в моменты перехода вращающихся магнитопроводов от одного неподвижного сердечника.к другому. Амплитуда и длительность

5 переходных процессов при &том существенно уменьшается, что обеспечивает повышение точности преобразования

На фиг. 1 и 2 приведена конструкция , лоясняющая работу одного из каналов (статорный Н-обраэный и роторный магнитопроводы с обмотками ); на фиг. 3 - электрическая схема пре.образователя.

Преобразователь включает (см. фиг. 1,) роторную 1 и статорную 2 части. Роторная часть 1 включает вращающиеся магнитопроводы 3 с обмотками, равномерно расположенные по окружности вращения на валу 4, ферромагнитный сердечник 5 с обмоткой б индуктивного токосъемника. Ферро-; магнитный сердечник 5 отделен от вращающихся магнитопроводов 3 магнитным экраном 7.

Статорная часть 2 включает второй ферромагнитный сердечник 8 с обмоткой 9 индуктивного токосъемника второй магнитный экран 10, ряд Н-образных магнитопроводов - секторов 11 с расположенными на них измерительными обмотками 12. Между неподвижными магнитопроводами расположены ферромагнитные вставки 13, отделенные от каждого из них гарантированным воздушным зазором 14. Торщл неподвижных магнитопроводов имеют скос величина которого равна толщине вращающихся магнитопроводов 3.

Для обеспечения механической прочности роторная 1 и статорная 2 части преобразователя залиты компаундом 15, например эпоксидной смолой.

Статорная 2 и роторная 1 части отделены друг от друга воздушны м зазором 16. .

На фиг. 2 приведены конструкции вращающегося магнитопровода 3 с обмотками, неподвижный Н-образный магнитопровод 11 с измерительной обмоткой 12 в момент прохождения магнитопровода 3 мимо магнитопровода 11 и показано соединение секций обмоток f

Секции 17 и 18, расположенные в окнах роторного магнитопровода 3, образуют модуляционную обмотку и соединены последовательно и встречно так, что создаваемые ими магнит ные потоки в секциях 17 и 18 направлены в среднем стержне 19 встречно. Свободные концы секций 17 и 18 подключаются к концам роторной обмотки 6, с11ужащей источником переменного тока (на фиг. 2 показано условно).

Секции 20 и 21, расположенные в тех же окнах роторного магнитопровода 3, образуют сигнальную обмотку, соединены последовательно и согласно а их свободные концы подключены к источнику преобразуемого постоянного сигнала, например, к термопаре 22.

Роторный магнитопровод 3 целесо образно выполнять ишхтованным в виде набора пластин, изолированных друг от друга.

На фиг. 3 приведена электрическая схема устройства. Секции 17 и 18

обмоток модуляции ( для удобства обозначены элементы только одного канала преобразования ) на всех вращающихся магнитопроводах 3 соединены между собой последовательно и подключены к роторной обмотке 6 индуктивного токосъемника 23.

Измерительные обмотки 12 подклю чены к коммутатору 24, синхронизированному от датчика 25 скорости вращения вала 4. Выход коммутатора 24 подключен к регистратору 26 ( их число может быть больше - на каждый вращающийся магнитопровод 3 свой

регистрато1р ), например светлучевому осциллограмму или самописцу.

Преобразователь работает следующим образом рассматривается работа одного канала преобразования .

Роторная часть 1 преббраз вателя

к располагается на проходной части вала 4 и вращается вместе с ним. Питание секций 17 и 18 модуляционной обмотки осуществляется с помощью индуктивного токосъемника 23 (позиции 5,6,8 и 9 на фиг. 1 от источника переменного тока (на фиг. 1 показан условно). Вращающиеся секции 20, 21 сигнальной обмотки подключены к источнику преобразуемого сигнала, например к термопаре 22, и по ним протекает постоянный ток, величин.а которого пропорциональна разности темпега тур между спаями термопары 22.

Создаваемый этим током магнитный поток Ф (см. фиг. 2 ) при прохождении вращакмдегося магнитопровода 3 миМО ферромагнитного сердечника замыкается в основном по двум путям - .

по самому вращакйцемуся магнитопроводу 3 (магнитный поток |)и через воздушный зазор 16 по неподвижному магнитопровоДу 11 (магнитный поток Ф1 Если магнитное состояние роторного магнитопровода 3 неизменно, то из- ,

за наличия воздушного зазора Ф . Однако, если амплитуда тока в секциях 17,18 модуляционной обмотки достаточно велика и магнитные потоки в секциях 17 и 18 доводят материал

вращающегося магнитопровода 3 до насыщения (в основном в самых узких местах J, то соотношение проводи мостей на путях магнитных потоков ф и существенно меняется. Ф

резко возрастает, а Ф - уменьшается.

Поскольку секции 17,18 запитаны переменным током, то изменение магнитного потока Ф от минимгэльного до максимального значения происходят дважды за период.

Эти иэ1« енения наводят в обмотке 12 ЗДС удвоенной частоты тока модуляции, амплитуда которой пропорционгшьна величине постоянного тока в секциях 20,21 сигнальной обмотки.

Скорость вращения объекта (роторной части 1/ на величину этой ЭДС не влияет, так как направление си,ловых линий магнитного поля, создаваемого роторными секциями 20,21 сигнальной обмотки, параллельно расположению витков измерительной обмоки 12.

Благодаря встречному включению секций 17,18 модуляционной обмотки при равенстве их чисел витков помехи от модулирующего поля (первая и нечетные гармоники частоты тока модуляции ) в измерительной обмотке 12 минимальны.

Таким образом, при прохождении вращающегося магнитопровода 3 мимо неподвижного магнитопровода 11 последние с обмотками образуют магнитомодуляционный токосъемник 1 .

Сигнёш с обмотки .12 ттбступает через комиутатрр 2.4 :(например, кольцевого тйпа-, синхронизированный от ,датчика 25 скорости вргшения, на регистратор 26.

Каждыйвращающийся магнитопровод 3 при вращении последовательно об.ходит все неподвижные магнитопрово. ды 11, а коквиутатор 24 последовательно подключает ко входу регистраTOfya 26 соответствующую измерительную 0.6МОТКУ 12.

Таким образом, осуществляется однозначная передача;сигналов постоянного тока с вргшающегося объекта на неподвижный в виде си«1литуды переменного напряжения удвоенной частот тока модуляции.

П1Ж необходимости получения информации с каждого датчика 22 за один оборот последовательно коммутатор 24 может непрерывно подключать одиу и ту же измерительную обмотку 12 к регистратору 26 и информедия с небольшими раэрыва ш на время перехода роторного магиитопррвод 3 от одного неподвижного магнитопровода 11 к другому может быть передана через каждый канал преобразования.

Если за один оборот вала 4 достаточно получить информацию о величине постоянного сигнала в роторных секциях 20,21 сигнальных обмоток

один ра, то достаточно одного статорного магнитопровода 11 с измерительной обмоткой 12.

Датчик скорости вращения 25 может быть выполнен в виде одновибратора, выдающего управляющие импульсы на коммутатор 24 в моменты прохождения мимо него вращающихся магнитопроводов 3.

В моменты перехода вращающегося магнитопровода 3 от одного статорного магнитопровода 11 к другом магнитное сопротивление на пути магнитного потока Ф за счет введения ферромагнитной вставки 13 и скоса торцов статорных магнитопроводов 11 увеличивается незначительно, так как магнитный поток ф начинает замыкаться по следующему пути: статорный магнитопровод 11 - воздушный зазор 14 - ферромагнитная вставка 13 - второй воздушный зазор 14 статорный магнитопровод 11. Поскольку величина воздушных .зазоров 14 выполняется минимальной, то и изменения магнитного потока Ф при переходе от одного статорного магнитопровода 11 к другому существенно уменьшаются.

Наилучшие результаты получаются при выполнении ферромагнитной вставки 13 в вид@.буквы П, повторяющем сечение Н-образного статорного магнитопровода 11.

В макетнсми варианте устройства введение ферромагнитных вставок 13 позволяет уменьшить амплитуду переходных процессов почти в 2 раза и уменьшить их длительность в 2-, 6 раза по сравнению с прототипом.

Для уменьшения габаритов устройства в осевом направлении роторные и статсфные магиитопроводы с обмоткгими могут располагаться в одной плоскости с ИНДУКТИВНЫМ токосъемником (позиции 5, 6, 8 и 9 ). Предлагаемый преобразователь для бесконтактной передачи сигналов постоянного тока с вращгиоцегося объекта позволяет в небольшом объеме полу чить достаточно большое число каналов преобразования (10-12 на дигшетре 250 мм при ширине 30-35 VM). Допуски на изготовление элементов преобразователя достаточно велики исборка не вызывает существенных затруднений..

Сокращение амплитуды и, длительности переходных процессов в неподвижной обМотке 12 позволяет повысить точностьпреобразования,

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ БЕСКОК ТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА, содержащий роторную часть, состоящую из равно1яерно расположенных по окружности магнитопроводов, выполненных в виде набора пластин с двумя окнами, в которых расположены секции слгнальных обмоток, соединенные пЬследовательно и согласно, и секции обмотки модуляции, соединенные последовательно и встречно на каждом магнитопроводе, статорную часть, состоящую из равномерно расположенных по окружности магнитопроведов, выполненных в виде Н-о(разных секторов с расположенными на средней их части измерительными оЬмот.каг, индуктивный токосъемник, роторная обмотка которого подключе:На к общей обмотке модуляции, коммутатор, к входам которого подклю чены измерительные обмотки, и датчик скорости вращения объекта, ; соединенный с коммутатором, о т :Л и ч а ю Ъ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразо|ванйя, дополнительно введены фер;ромап итные вставки, расположенные с гарантированным зазором между не(Л : подвижными Н-образными магнитопроводами, а торцевые части Н-образных магнитопроводов выполнены со скосом, величина которого равна толщине набора пластин роторного магнито- ц провода, и ферромагнитные вставки , выполнены в виде буквы П, повторяющей сечение Н-образного статорного магнитопровода. М о to

1Т1 I I ГТТ