Преобразователь для бесконтактной передачи медленно изменяющихся измерительных сигналов с вращающегося объекта Советский патент 1985 года по МПК G01D5/12 

Изобретение относится к измерите ной технике и может быть использова но в энергомашиностроении для контр ля температуры роторов электрически машин, в авиадвигателестроении для контроля температуры вращающихся ч тей ГТД, а также в тех отраслях промыпшенности, где.требуется измерение температуры вращающихся часте машины при повышенных (до 300 - 350 ° С) температурах в месте расположения токосъемного узла. Известны устройства для бесконтактной передачи измерительных сигналов с вращающихся объектов, в которых в качестве передающего преобразователя используются индуктивные или емкостные токосъемники, а на вращающемся объекте расположен электронный блок преобразования постоянного (или медленно изменяющегося) сигнала в переменньй сигнал l , Однако данные устройства обладаю узким диапазоном рабочих температур и сравнитёльнр большой погрешностью преобразования. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь для передачи медлен но изменяющихся электрических сигналов с подвижного объекта на неподвижный, содержащий магнитопро- вод с измерительной, модуляционной и вращающейся обмоткеа, при этом магнитопровод имеет два неподвижных основания, соединяющие их внутренни и внешний полые концентричнь1е цилиндры и вращающуюся между неподвиж ными основаниями на валу часть, а также модуляционную обмотку, расположенную между основаниями внутри внутреннего концентричного цилиндра и вршцающуюся сигнальную обмотку, -расположенную на вращающейся части магнитопровода, причем плоскости витков модуляционной и измерительной обмоток перпендикулярны оси вращения вала C2l. Недостатком известного устрой- ства является низкая точность преобразования. Цель изобретения - повьш ение точности и чувствительности преобра зователя, Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь для бесконтактной передачи медленно изме52няющихся измерительных сигналов с вращающегося объекта, содержащий магнитопровод, имеющий два неподвижных основания, соединяющие их внутренний и внешний полые концентричные цилиндры и вращающуюся между неподвижными основаниями на валу часть, а также модуляционную обмотку, расположенную между основаниями внутри внутреннего концентричного цилиндра, и вращающуюся сигнальную обмотку, расположенную на вращающейся части магнитопровода, причем плоскости витков модуляционной и измерительной обмоток перпендикулярны оси вращения вала, дополнительно введена ферромагнитная шайба, расположенная внутри полого концентричного цилиндра посередине между основаниями, измерительная обмотка выполнена JB виде двух секций, включенных последовательно и встречно, каждая из которых расположена между стенкой одного из оснований и одной из стенок ферромагнитной шайбы, вращающаяся часть магнитопровода выполнена в виде кольцас выступами, а вращающаяся сигнальная обмотка выполнена в виде секций, расположенных на выступах роторной части и соединенных между собой последовательно и согласно. Кроме того, дополнительное ферромагнитное кольцо и каждый из выступов роторной части снабжены полюсными наконечниками. На чертеже представлен предлагаемый преобразователь для бесконтактной передачи. Устройство содержит вал 1 с расположенной на нем роторной частью 2 магнитопровода, два неподвижных основания 3 и 4 магнитопровода, сое- диненных двумя полыми концентричными цилиндрами; первым внутренним 5 и вторым внешним 6, ферромагнитную шайбу 7 с полюсным наконечником 8, соединенную по наружному диаметру с первым внутренним цилиндром 5, а также вращающуюся сигнальную 9, неподвижную измерительную 10 и неподвижную модуляционную 1 1 обмо.тки. Роторная часть 2 магнитопровода состоит из вращающегося кольца с выступами 12 и полюсными наконечниками 13. Вращающаяся сигн.чльная обмотка 9 состоит из ряда секций, {замотанных на выступы 12 и соединенных между собой последовательно и согласно. Измерительная обмотка 10 состоит из двух одинаковых секций, расположенных по сторонам ферромагни1;ной шайбы 7 между основаниями 3 и 4 и соединенных между собой последова тельно и встречно. Модуляционная обмотка 11 распо ложена меяоду полыми концентричными цилиндрами 5 и 6. Плоскости витков измерительной 10 и модуляционной 11 обмоток перпендикулярны оси вращения вала преобразователя, .а плоскости витков вращающейся сигнальной обмотки 9 параллельны оси. Для увеличения чувствительности зазоры в магнитнрй цепи преобразова теля в месте стыка неподвижных частей магнитопровода должны выполняться максимально возможными, а полюсные наконечники 13 роторной части магнитопровода и наконечники ферромагнитной шайбы 7 должны иметь возможно больщую .площадь взаимного перекрытия, что обеспечивает увелич ние эффективной площади зазора межд роторной и статорной частями магнит провода . Аналогично для увеличения чувствительности преобразователя необходимо стремиться к возможно большой площади перекрытия боковых стенок роторной части 2 и неподвижных осно ваний 3 и 4 . Толщины стенок полых концентричных цилиндров 5 и 6 должны быть таковы, чтобы площади их сечений были равны, что обеспечивает их одновременное насыщение. При этом толщины стеною неподвижных основани 3 и 4 должны быть таковы, чтобы их материал не на;сьш1ался магнитными потоками рассеяния модуляционной обмотки 11. Ориентировочно толщина оснований 3 и 4 должна быть в 5-6 р больше толщины стенки полого ферромагнитного цилиндра 5. Наиболее эфc eктивнo преобразова- тель работает при симметричной магнитной цепи и одинаковом числе витк в секциях измерительной обмотки 10, В этом случае в выходном сигнале преобразователя практически пблност отсутствуют сигналы первой гармоник и тока модуляции и сигнал неинформа тивной трансформаторной второй гармоники. Если ферромагнитная шайба 7 смещена относительно оси симметрии преобразователя, то для получения аналогичных параметров необходимо изменять соответствзпощим образом числа витков в секциях измерительной обмотки 10.. Воздушные зазоры между вращающимися и неподвижными частями магнитопровода преобразователя могут быть вьтолнены в пределах 0,15 - 0,2 мм, а при тщательной регулировке - до 0,1 мм. Преобразователь работает следую щим образом. При подключении вращающейся сигнальной обмотки 9 к источнику медленно изменяющегося измерительного сигнала (не показан), расположенного на вращающемся объекте, например к термопаре, по вращающейся обмотке 9 протекает соответствующий ток, создающий магнитный поток Ф . Этот магнитный поток замыкается по магни- топроводу, как показано на чертеже. Поскольку значение магнитного потока Фо практически неизменно,, то . токосцепление его с витками секций измерительной обмотки 10 при отсутствии тока в модуляционной обмотке I1 не меняется, и никакая ЭДС на измерительной обмотке 10 практически не наводится. При подключении модуляционной обмотки 11 к источнику переменного тока модуляции с частотой f (не показан) в магнитной цепи появляется переменный магнитный поток Фд, замыкакщийся по пути, показанному на чертеже. При достаточно большом значении тока в модуляционной обмотке 11 полые ферромагнитные цилиндры 5 и 6 насыщаются, и их магнитное сопротивление изменяется из-за симметричности кривой намагничивания материала магнитопровода с частотой 2f. С той же частотой происходит изменение магнитного потока от максимального о минимального значений, а значит и токосцепления его с витками измерительной обмотки 10. В результате обеих секциях измерительной обмотки 10 наводится ЭДС с частотой 2f, амплитуда которой однозначно соответствует току во вращающейся сигнальой обмотке 9.

5

Поскольку секции неподвижной измерительной обмотки 10 включены встречно и последовательно, то ЭДС первой гармоники, наводимые потоками рассеяния обмотки 11 модуляции, и высших нечетных гармоник равны по значению, направлены встречно и взаимно компенсируются., Аналогично компенсируются и ЭДС трансформаторной втррой гармоники, имеющей место из-за нелинейности кривой перемагни чивания и при отсутствии преобразуемого медленно изменяющегося измерительного сигнала. В то же время для информативной ЭДС второй гармо-

386526

НИКИ секции измерительной обмотки 10 включены.согласно (для магнитного поля) и сигнал на них суммируется. Таким образом, наводимая на неподвижной измерительной обмотке

ЭДС второй гармоники тока модуляции преобразователя однозначно соответствует значению преобразуемого сиг- нала.

10 Предлагаемый преобразователь имеет малую погрешность преобразования по сравнению с известным. Эта погрешность при идеальной си№метрии конструкции преобразователя

tS полностью отсутствует.

l. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЖДЛЕННО ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ С ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБЬЕКТА, соде1икачий магнитопровод, имеющий два.неподвижных основания, соединяющие их внутренний и внешний полые концентричные цилиндры и вращающуюся мезвду неподвижными основаниями на валу.часть, а также модуляционную обмотку, расположенную между основаниями внутри внутреннего .концентричного цилиндра, и вращаю- щуюся сигнальную обмотку, расположенную на вращающейся части магнитопровода, причем плоскости витков модуляционной и измерительной обмоток перпендикуляриы оси вращения вала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введена ферромагнитная шайба, расположенная внутри полого концентричного цилиндра посередине между основаниями, измерительная обмотка выполнена в виде двух секций, включенных последовательно и встречна, каждая из KOTOIH IX расположена между стенкой одного из оснований и одной из стенок ферромагнитной , вращающаяся часть магнитопровода выполнена в виде кольца с выступами, а вращающаяся сигнальная обмотка выполнена: в виде секций, расположенных на выступах роторной части JK соединенных между собой последова тельно и согласно. 8 2. Преобразователь по п.I, о т - л и чающийся тем, что, с целью повьш1ения чувствительности, дополнитель ное ферромагнитное кольцо 00 00 О) и каждый из выступов роторной части снабжены полюсными наконечника1«1. сд ю

-А

Р

12