Бесконтактный синусно-косинусный преобразователь перемещения Советский патент 1985 года по МПК G01B7/00 G01B7/30 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для преобразования линейных или угловых перемещений в электрические сигналы или параметры, модулированные по синусоидальной (или косинусоидальной) функции в зависимости от перемещения.

Известны синусно-косинусные преобразователи перемещений, например, индукционного типа,, содержащие ферромагнитные зубчатые статор и ротор, в пазах которых размещены обмотка возбуждения и измерительная синуснокосинусная обмотка. Для повьшения точности формирования синусоидальной зависимости выходного напряжения измерительных обмоток в функции перемещения рабочая поверхность каж-, дого зубца статора (или ротора)профилирована по заданной функциональной зависимости flj .

Недостатком такого преобразователя является наличие обмоток как на его неподвижных, так и подвижных частях, что снижает его надежность,кроме того ,он сложен в изготовлении.

Наиболее близким к изобретению является бесконтактный синуснокосинусный преобразователь п ремещения, относящийся к индукционным редуктосинам и содержащий обмотку возбуждения, синусную и косинусную измерительные обмотки и два разделенных воздущным зазором магнитопровода, один из которых предназначен для размещения обмоток, а второйДЛ51 модуляции проводимости ВОЗДУШНО

го зазора. Второй магнйтопровод выполняется с больщим количеством зубцов, число которых определяет коэффициент р электрической редукции преобразователя, а следовательно, и точность преобразования измеряемых

перемещений Г2 . I

Однако зубчатая поверхность второго (модулирующего) магнйтопровода обуславливает изменение магнитной проводимости воздушного зазора по треугольному или трапецеидальному закону, что обуславливает появление высших гармонических в выходном напряжении преобразователя, снимаемом с его измерительных обмоток.

Эти высшие гармоники приводят к появлению погрешности синусно-косинусного преобразования перемещения, КОТОРАЯ частично может быть устране242

на, например, выбором ширины или угла скоса зубцов магнитопроводов преобразователя, благодаря чему уменьшаются амплитуды лишь дву -трех выс. ших гармоник. Особенно это проявляется в индукционньк редуктосинах с малым коэффициентом р электрической редукции.

Целью изобретения является повышение точности преобразования синусно-косинусного преобразователей перемещения.

Поставленная цель достигается тем, что в бесконтактном синусно-косинусном преобразователе пepeмeщeнияJ содержащем обмотку возбуждения, синусную и косинусную измерительные обмотки и два разделенных воздушным зазором магнитопровода, один из которых предназначен дпя размещения обмоток, а второй - для модуляции проводимости воздушного зазора, рабочая поверхность второго магнитопровода выполнена профилированной

в соответствии с математическим выражением

R

(1)

1 - А., sin Роб

координата профилированной поверхности второго магнитопровода в направлении, перпендикулярном направлению измеряемого перемещения;координата поверхности

первого магнитопровода в направлении, перпендикулярном направлению измеряемого перемещения;

номинальный воздушный зазор;

коэффициент модуляции воздушного зазора / м / 1 коэффициент электрической редукции преобразователя;

координата профилированной поверхности второго магнитопровода в направлении измеряемого (линейного , или углового) перемещения.

. 1 представлен схематически нусно-косинусного преобраинейных перемещений; на вариант преобразователя еремещений. 3 Бесконтактный синусно-косинусныи преобразователь перемещений содержит магнитопровод 1, в пазах которого размещены обмотки 2 возбуждения, а также синусная и косинусная обмотки Второй магнитопровод 3, отделенный от первого воздушным зазором 8 имеет профилированную в соответствии с математическим вьфажением (1) рабо чую поверхность. Вследствие этого величина воздушного зазора между магнитопроводами изменяется по координате с в функции практически обратной гармонической (синусной), разрывность которой устранена выбо ром коэффициента модуляции /of д / 1 Практически этот коэффициент выбирается в диапазоне 0,3; /&У 60,8, а величина воздушного зазора колеблется в пределах 0,1-1,5 мм. При этом должно бьггь выполнено ус г1овие относительной малости величины воздушного зазора В по сравнению с пшриной bg зубца, благодаря чему удельная магнитная проводимость g воздушного зазора изменяется практически обратно пропорционально его величине, т.е. Графические построения, иллюстрируюоще взаимосвязанные изменения проводимости gg воздушного зазора в зависимости от его величины с учетом выражения (2),показьтают, что для. обеспечения синусоидального (гармонического) изменения проводимости воздушного зазора в функции координаты й4 его величину S (об ) -следует изменять существенно несинусоидально в соответствии с математическим выражением S,M --Jo--- 1 + ij sin РОЙ (3) Таким образом, при неизменной фор ме поверхности первого магнитопровода 1 с обмотками 2, т.е. R const, рабочая поверхность магнитопровода oi , обращенная к воздушному зазору должна быть профилирована согласно математическому выражению (1). Профилированная поверхность может быть вьтолнена на программном станке 244 или по копиру-на-копировальном станке. Такое профилирование поверхности магнитопровода, не несущего на себе . обмотки, возможно при различном конструктивном исполнении син сно-косинусных преобразователей перемещения: с радиальным, аксиальным или плоским воздушным зазором. Вместо измерительных обмоток могут быть использованы другие магниточувствительные элементы, например магниторезисторы или датчики Холла, размещенные в воздушном зазоре., Бесконтактный синусно-косинусныи преобразователь перемещения работает следующим образом. При питании его обмотки 2 возбуждения напряжением переменного тока амплитуда ЭДС, наведенной в его измерительных синусной и косинусной обмотках, которые уложены в тех же пазах магнитопровода 1, что и обмотка возбуждения, будет модулирована при перемещении второго безобмоточного магнитопровода 3 в соответствии с изменением проводимости воздушного зазора. При учете (2) и (3) проводимость воздушного зазора изменяется по синусоидальному зг1кону, вследствие чего ЭДС на выходе измерительных обмоток преобразователя также оказывается модулированной в функции перемещения (линейного или углового) магнитопровода 3 по гармоническому закону. Таким образом, профилирование поверхности безобмоточного магнитопровода (модулятора величины воздушного зазора) обеспечивает практически синусоидальное изменение проводимости воздушного зазора,что дает более высокую точность сикусно-косинусного преобразования перемещений по сравне-нию с обычным зубчатым модулятором, особенно при малом коэффициенте Р электрической редукции. Минимальное значение коэффициента Р, определяемое количеством выступов и впадин на поверхности модулирующего магнитопровода, может быть равно 1, а максимальное - определяется технологическими возможностями производства и может достигать знаиений Р 134. Плавность профилирования модулирующего магнитопроводй в данном пре- образователе позволяет получить высокую точность и чистоту поверхностидаже при использовании магнитных материалов с высоким содержанием никеля, иагтримерпермаллой 79НМ,50Н и т.п ., которые имеют вьюокие магнитные спойства, но обладают значительной иязкостью, что затрудняет их использование для изготовления обычных зубчатых модуляторов, применяемых в индукционных редуктосинах, так как образующиеся при нарезке зуб цов заусенцы и сколы невозможно уда лить без на1 ушения геометрии зубца, что ухудшает точность синусно-коси-. нусного преобразования известных индукционных преобразователей типа редуктосин. Благодаря несинусоидальному профилированию поверхности подвижного элемента преобразователя уменьшается погрешность синусно-косинусного преобразования перемещения, вызьгааемая высшими гармониками изменения магнитной проводимости рабочего воздушного зазора, практически с 3 угл, мин до 0,5 угл. мин.

БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНУСНО КОСИНУС1МЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащий обмотку возбуждения, синусную и косинусную измерительные обмотки и два разделенных воздушным зазором магнитопровода, один из которых предназначен для размещения обмоток, а второй - для модуляции проводимости воздушного зазора, отличающийся тем, что, с целью повышения.точности преобразования, рабочая поверхность второго магнитопровода вьтолнена профилированной в соответствии с математическим выражением R ± 1 + Д „ sin РОС где R . - координата профилированной поверхности второго магнитопровода в направлении, перпендикулярном направлению измеряемого перемещения; R - координата поверхности первого магнитопровода в направлении, перпендикулярном направлению измеряемого перемещения; Оо номинальный воздушный зазор; Л (Ц - коэффициент модуляции воздушного зазора /Д : 1; м коэффициент электрической Р редукции преобразователя; координата профилированОй ной поверхности второго, магнитопровода в направ-, лении измеряемого (линейU ного или углового) переК1 мещения. о N9 4

t .

Y