Магнитомодуляционный преобразователь для передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта Советский патент 1984 года по МПК G01D5/12 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для-передачи измерительньж сигналов постоянного тока с вращающихся объектов на неподвижную измерительную3 аппаратуру. Известны устройства для бесконтактной передачи измерительных сигна лов переменного тока с вращающихся объектов на неподвижные, представляющие собой полупроводниковые преобра зователи напряжение-частота, напряжение-длительность импульса (скважность) и т.п., которые располагаются на вращающемся объекте. Передача переменных выходных сигналов преобразо вателей осуществляется;, с. помощью индуктивных, индукционных или емкост ных токосъемников, а по оптическому или радиоканалу ГКЗ« Недостатками данных устройств являются ограниченный диапазон рабочих температур (обычно не более 125 С), трудности с организацией питания электроники на вращающемся объекте и невысокая точность преобразования передаваемых сигналов. Наиболее близким к предлагаемому является магнитомодуляционньй преобразователь для передачи медленно изменяющихся измерительных сигналов с вращающегося объекта, включающий магнитопровод, состоящий из двух ферромагнитньпс неподвижных оснований соединенных двумя полыми ферромагнит ными концентричными цилиндрами, и вращающуюся на валу часть магнитопро вода с расположенной на ней вращающейся сигнальной обмоткой, неподвиж ную модуляционную обмотку, расположе иную между -олыми концентричными цилиндрами, а также неподвижную изме рительную обмотку, расположенную меж ду ферромагнитными неподвижными основаниями магнитопровода внутри доле го цилиндра меньшего диаметра, причем плоскости витков всех обмоток перпендикулярны оси вращения вала преобразователя f2 . Недостаток описанного устройства низкая точность преобразования, Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в магнитомодуляционный преобразователь для передачи сигналов постоянного тока с вращающегося объекта, включающий магнитопровод, состоящий из двух ферромагнитных неподвижных оснований, соединенных двумя полыми ферромагнитными концентричными цилиндрами, и вращающуюся на валу часть магнитопровода с расположенной на ней вращающейся сигнальной обмоткой, неподвижную модуляционную обмотку, расположенную между полыми концентричными цилиндрами, а также неподвижную измерительную обмотку, расположенную между ферромагнитными неподвижными основаниями магнитопровода внутри полого цилиндра меньшего диаметра, причем плоскости витков всех обмоток перпендикулярны оси вращения вала преобразователя, введена обмотка размагничивания, при этом в ферромагнитных неподвижных основаниях с их наружной части вьшолнены радиальные пазы, в которые уложены секции обмотки размагничивания,. соединенные последовательно и согласно, причем плоскости витков этой обмотки параллельны оси вращения вала преобразователя. На фиг, t приведен преобразователь в аксонометрии, общий вид; на фиг, 2 и 3 - варианты подключения обмоток преобразователя к вторичной аппаратуре, Преобразователь содержит вал с расположенной на нем роторной частью магнитопровода 2 и вращающейся сигнальной обмотки 3, подключенной к источнику преобразуемого сигнала, например к термопаре 4,.статорную часть, включающую.два ферромагнитных основания 5 и 6, соединенных ферромагнитными цилиндрами 7 и 8 с обмотками измерительной 9, модуляционной to и размагничивания 11. Измерительная обмотка 9 расположена между основаниями 5 и 6 внутри полого цилиндра 7. Модуляционная обмотка 10 расположена между полыми цилиндрами 7 и 8 и основаниями 5 и 6. Обмотка 11 размагничивания расположена в пазах, выполненных с наружной части основания 5 и 6 магнитопровода. Плоскости витков обмоток 3, 9 и 10 перпендикулярны оси вращения вала 1 преобразователя, а витки обмотки 11 размагничивания расположены в плоскостях, проходящих через ось вращения вала 1. Обмотка 11 может быть выполнена секционированной, при этом секции между собой должны включаться последовательно и согласно. с целью получения повьшенной чувствительности преобразователя Утаторные части магнитопровода прео разователя должны иметь минимальные .зазоры между собой, Величина воздуш ного зазора между роторной и статор ной частями магнитопровода при тщательной регулировке может быть умен шена до 0,2-0,1 мм. Для исключения влияния смещений роторной части относительно статорной ширина стенок роторной части магнитопровода 2 вьтрлнена большей, чем толщина оснований 5 и 6 статорной части магнитопровода. Вал 1 преобразователя может вращаться в подшипниках любого типа (скольжения, качения, газодинамичес ких и т.д.), При вьшолнении многоканальной кон струкции роторные и статорныё части магнитопроводов каждого канала должн отделяться друг от друга экранами. При передаче измерительных сигналов с вращающихся объектов обмотки преобразователя могут подключаться к измерительной аппаратуре в разных вариантах. На фиг. 2 приведен один из возможных вариантов, согласно которому модуляционная обмотка 10 подключена к выходу генератора 12 тока модуляции, измерительная обмотка 9 - к ВХОДУ блока 13 вторичной измерительной аппаратуры, обмотка 11 размагничивания - к выходу генератора 14 размагничивающего тока, которьй синхронизирован от генератора 12 тока модуляции. Генератор 12 тока модуляции представляет собой генератор, например, синусоидального тока, значение которого в модуляционной обмотке 10 может быть получено таким, чтобы довести до насыщения участок магнитной цепи статорнрй части магнитопровода Генератор 14 размагничивающего тока вырабатывает затухающие синусоидальные колебания, следующие друг за другом через определенные интервалы времени, например через с. При этом первый пик, самьй большой, размагничивающего тока совпадает благодаря синхронизации с амплитудным значением тока модуляции генератора 12. Преобразователь работает следу-.; ющим образом. При подключении вращающейся сиг нальной обмотки 3 к источнику сигна934лов постоянного тока, например к термопаре 4, в магнитной цепи преобразователя появляется постоянный магнитный поток Ф , замыкающийся через роторную и статорную части магнитопровода как показано на фиг. 1. Потоки рассеяния, замыкающиеся по другим участкам магнитной цепи, например.через полый ферромагнитный цилиндр 8, пренебрежимо малы по сравнению с потоком ф, так как на любом другом пути имеются дополнительные воздушные зазоры. Поскольку значение магнитного потока Ф не изменяется или меняется очень медленно (в соответствии с постоянной времени термопары 4), то в неподвижной измерительной обмотке 9 никакой ЭДС не наводится. ЭДС, наводимая по закону электромагнитной индукции в обмотке 11 размагничивания, пропорциональна значению магнитного потока Ф и скорости вращения вала преобразователя. Однако ввиду того, что обмотка 11 подключена к выходу генератора 14 размагничивающего тока, имеющему очень большое выходное сопротивление, а значение самого магнитного потока Ф весьма небольшое, зта ЭДС не оказывает практически никакого влияния на работу преобразователя. При подключении модуляционной об-мотки 10 к генератору 12 тока модуляции в магнитной цепи преобразователя появляется переменный магнитньй поток Ф2 , замыкающийся, в ocHOBkoM, по пути, показанному на фиг. 1. При достаточно большом значении тока модуляции в обмотке 10 из-за симметричности кривой намагничивания материала магнитопровода изменение магнитного сопротивления последнего на пути магнитного потока Ф, происходит с удвоенной частотой тока модуляции. Соответственно с той же частотой изменяется значение магнитного сопротивления полых ферромагнитных цилиндров 7 и 8, что ведет к изменению с удвоенной же частотой потокосцепления между магнитным потоком ф. и неподвижной измерительной обмоткой 9. В последней наводится ЭДС удвоенной. частоты тока модуляции, амплитуда которой (при неизменной амплитуде тока модуляции)-однозначно соответствует значению приложенного к вращающейся обмотке 3 напряжения, т.е. сигналу термопары 4. Паразитная ЭДС первой гармоники тока модуляции и высших нечетных гармоник, навЪдимая в обмотке 9 потоками рассеяния магнитного потока р, легко отделяется с помощью фильтров блока 13 вторичной аппаратуры,, В обмотке 11 размагничивания маг нитный поток 2 никакой ЭДС не наводит, так как плоскости витков обмоток 10 и 11 взаимно перпендикулярны. Благодаря синхронизации от генера тора 12 тока .модуляции генератор 14 размагничивающего тока вырабатывает импульсы затухающего синусоидального тока размагничивания, подаваемого в обмотку 11 размагничивания. При этом первьй, самый большой, пик размагничивающего тока совпадает с амплитудным значением тока модуляции в обмотке 10, Поскольку на пути маг нитного потока размагничивания Фр , создаваемого обмоткой 11 (фиг. 1), нет воздушных зазоров, то материал статорной части магнитопровода доводится до насыщения и полностью размагничивается в направлении пути замыкания магнитного потока Ф . Тем самым стабилизируется магнитное состояние статорной части магнитопровода и для магнитных потоков Ф и ф , замыкающихся перпендикулярно магнитному потоку Фр. Наиболее существенной является стабилизация магнитного состояния полых ферромагнитных цилиндров 7 и 8, которое и определяет амплитуду информативной ЭДС второй гармоники, наводимой в измерительной обмотке 9 преобра-зова- теля. Таким образом, введение размагничивания статорной части магнитопровода преобразователя с помощью обмотки. 11 поперечным полем стабилизирует магнитное состояние статорной части магнитопровода и уменьшает тем самым влияние остаточной намагниченности материала статорной части магнитопровода. В результате неоднозначность выходного сигнала преобразователя исключается, а стабильность его характеристик преобразования при изменении температуры повышается.

На фиг. 3 приведен другой вариант подключения обмоток преобразователя к вторичной электронной аппаратуре, согласно которому обмотки модуляции

почти на 2%. Подача размагничивающих затухающих импульсов тока в обмотку 11 несинхронно с амплитудным значением тока модуляции в обмотке 10 также улучшает характеристики преобразования, но в значительно меньшей степени: температурный дрейф уменьшается на 0,6-0,7%, а временной дрейф на 0,4%,

Использование предлагаемого преобразователя обеспечивает получение экономического эффекта за счет более точного выдерживания параметров технологических процессов по сигналам, получаемым с вращающегося объекта с помощью преобразователя. 10и размагничивания 11 соединены последовательно и подключены к выходу генератора 12 тока модуляции, В этом случае статорная часть магнитопровода перемагничивается двумя синхронно изменяющимися взаимно перпендикулярными магнитными полями. Магнитное поле, создаваемое при этом обмоткой 11, также стабилизирует магнитное состояние магнитопровода, так как дважды за перцоц. переменного тока модуляции доводит его до насыщения в направлении замыкания магнитного потока Фр, При этом чувствительность преобразователя несколько увеличивается (на 10-15%), так как осуществляется комбинироранная модуляция (продольным и поперечным полями) магнитного сопротивления полых ферромагнитных цилиндров 7 и 8, Однако эффект в плане уменьшения неоднозначности выходного сигнала и повьшения температурной стабильности в этом случае оказьшается хуже, так как нет полного размагничивания материала магнитопровода (статорной части) в направлении замыкания магнитного потока Фр , Экспериментальные исследования макетного образца преобразователя, прове(енные при отключенной обмотке 11размагничивания и подключении ее к источнику 14 тока размагничивания, показали, что температурный дрейф уровня выходного сигнала преобразователя в диапазоне 20-250С уменьшат ется во втором случае на 3-4% для типичных режимов модуляции, а временной дрейф (неоднозначность выходного сигнала) при нормальной температуре

МАГНИТОМОДУЛЯЦИОННЫЙ ПРЕОБ-; РАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВРАЩАЮП ЕГОСЯ ОБЪЕКТА, содержащий магнитопровод, состоящий КЗ двух ферромагнитных неподвижных оснований, соединенных двумя полыни ферромагнитными концентричными цилиндрами, и вращающуюся на валу часть магнитопровода с расположенной на ней вращающейся сигнальной обмоткой, неподвижную модуляционную обмотку, расположенную между полыми концентричными цилиндрами, а также неподвижную измерительную обмотку, расположенную между ферромагнитными неподвижными основаниями магнитопровода внутри полого цилиндра меньшего диаметра, причем плоскости витков всех обмоток перпендикулярны оси вращения вала преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности преобразования, в него введена обмотка размагничивания, при этом в ферромагнитных непод(О вижных основаниях с их наружной час, ти выполнены радиальные пазы, в которые уложены секции обмотки размагни§ чивания, соединенные последовательно и согласно, причем плоскости витковэтой обмотки параллельны оси вращения вала преобразователя. NP СО 4ib ;о оо