Бесконтактный потенциометр И.И.Парфенова Советский патент 1985 года по МПК G01R17/20 

Изобретение относится к информадаонно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах управления для бесконтактного преобразования тока (напряжения) в перемещение и наоборот. Известен бесконтактный потенциометр, содержапщй неподвижный магнитопровод выполненный в виде двух коаксиальных магнитопроводов, котор соединены диаметрально расположенны ми ферромагнитными перемычками, на перемычках размещена модулирующая обмотка, подключенная к умножителю частоты, внутри неподвижного магнит провода расположены измерительная обмотка и дополнительная обмотка, подключенная через фазочувствительньй усилитель к реверсивному двигателю, последний кинематически связа с центральным магнитопроводом с ферромагнитной перемычкой (кольцом) через которую пропущена модулирующа обмотка Л. Недостатком устройства является низкий диапазон преобразования и вы сокий порог чувствительности ввиду ;Наличия в поперечном направлении ос |таточной намагниченности магнитопро вода. Известен бесконтактный потенциометр, содержащий неподвижньй магнитопровод, вьшолненный в виде двух коаксиальных магнитопроводов, и раз мещенный внутри riero центральньтй подвижный магнитопровод, коаксиальн магнитопроводы соединены между собой ферромагнитными перемычками, на перемьтчках размещена первая модулирующая обмотка, подсоединенная на выходе умножителя частоты, параллельно первой модулирующей обмотке вклю чена вторая обмотка с ферромагнитными перемья ками, размещенная симметрично относительно первой обмотк а на центральном подвижном магнитепроводе с ферромагнитной перемычкой (кольцом), через которую пропущена компенсирующая обмотка, расположены измерительная обмотка и дополнитель ная обмотка, соединенная через фазочувствительньй усилитель с реверсивным двигателем, кинематически связанным с подвижным магнитопроводом 2. . Недостатком известного устройств является низкая чувствительность преобразования ввиду ограниченного числа ампер-витков компенсирующей обмотки. Повышение их ведет к увеличению габаритных размеров и снижению быстродействия потенциометра. Кроме того, для различных значений входных величин после их снятия величина продольной остаточной намагниченности магнитопровода различна, что требует переменной поправки в выходном сигнале и снижает точность работы потенциометра. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности преобразования бесконтактного потенциометра. Поставленная цель достигается тем, что в бесконтактньй потенциометр, содержащий неподвижньй магнитопровод, вьщолненньй -в виде двух коаксиальных магнитопроводов, соединенньк четырьмя магнитными перемычками, на которых размещены модулирующие обмотки и которые соединены параллельно на выходе умножителя частоты и размещены симметрично одна относительно другой, а также расположенньй внутри неподвижного. магнитопровода и соединенньй с ним торцовой частью центральньй подвижньй магнитопровод с ферромагнитной перемычкой, на которой размещена компенсирующая обмотка, и размещенньми на неподвижном магнитопроводе измерительной обмоткой и дополнительной обмоткой, которая соединена с фазочувствительным усилителем, подключенным к реверсивному двигателю, кинематически связанному с подвижным магнитопроводом, введены усилитель постоянного тока, которьй включен в разрыв измерит.ельной обмотки, и четыре ферромагнитные перемычки с модулирунйцими обмотками, причем в неподвижном магнитопроводе между его концами выполнены четьфе сквозных продольных окна, по обе стороны от Которых попарно расположены восемь ферромагнитных перемычек в которых вдоль продольной оси выполнено Л поперечных отверстий, через которые в однсж направлении последовательно пропущены модулирующие обмотки. Число витков модулирующей обмотки на м tM участке неподвижного магнитопровода при „., VVfj-g определяется из условия .fn-z ,

где n 2 - порядковый номер поперечных отверстий в ферромагнитных перемычках.

Кроме того, центральный подвижный магнитопровод выполнен из диамагнитного материала, его ферромагнитная перемычка выполнена с пазами по ширине сквозных продольных окон неподвижного магнитопровода и размещена асимметрично относительно его концов.

На фиг.1 представлена конструктиная схема бесконтактного потенциометра; на фиг. 2 - схема его отдельных элементов.

Устройство содержит неподвижный магнитопровод, выполненный в виде двух коаксиальных магнитопроводов 1 и 2 с удельным магнитным сопротивлением /)ц , со сквозными продольными окнами 3-6 между его концами (см.фиг.1). По обе стороны от окон 3-6 попарно размещены ферромагнитны перемьгчкй 7-14, которыми соединены коаксиальные магнитопроводы 1 и 2. Вдоль продольной оси ферромагнитных перемычек 7-14 выполнены поперечные отверстия 15 (фиг.1 и 2). Через них в одном направлении последовательно пропущены модулирующие обмотки 16-23, соединеные параллельно на выходе умножителя 24 частоты и размещенные симметрично друг относительно друга, число витк которых определено условием

. ,.2, (1) где Г) 2 - порядковый номер поперечных отверстий 15 в .ферромагнитных перемычках 7-14; п число витков модулирующих обмоток 16-23 на п -м участке неподвижного магнитопровода ,,. С неподвижным магнитопровоДом соединен торцовой частью 25 с удельны магнитным сопротивлением р. . расположенный внутри центральный подвижный магнитопровод 26 из диамагнитного материала. На нем с помощью резьбового сое;ц{нения асимметрично относительно концов неподвижного магнитопровода размещена ферромагнитная перемычка 27 (фиг.1 и 2) с удельным магнитным сопротивлением Рщп , имеющая пазы по ширине сквозных продольных окон

3-6 неподвижного магнитопровода и охваченная секциями компенсирующей обмотки 28, запитанной от источника постоянного стабилизированного тока или напряжения (не показан). На концах центрального подвижного магнитопровода 26 расположены секции измерительной обмотки 29, подключенной к источнику постоянного контролируемого тока или напряжения (не показан) через усилитель 30 постоянного тока (напряжения) с регулируемым коэффициентом усиления, а также секции дополнительной обмотки 31, соединенной через фазочувствительный усилитель 32 с реверсивным двигателем 33. Последний кинематически связан с центральным подвижным магнитопроводом 26.

Предлагаемый потенциометр работает следующим образом.

От умножителя 24 частоты через модулирующие обмотки 16-23, размещенные в отверстиях 15 ферромагнитных перемычек 7-14, созда.ется переменный магнитный поток Ф, (фиг. 1) , направленный поперечно между сквозными продольными окнами 3-6 коаксиальных магнитопроводов 1 и 2, Магнитным потоком в соответствии с выражением (1) на пути продольного контролируемого магнитного потока ц от измерительной обмотки 29модулируется магнитное сопротивление

п IU11-1 lun-a 7 (2)

где Р - магнитное сопротивление

магнитопровода, определяемое числом витков модулирующих обмоток 16-23, между поперечньми отверстиями 15 в ферромагнитных перемычках 7-14 на п -м участке пути Фц приЯ|и, Rц

От совместного действия Ф н постоянного магнитного потока .от компенсирующей обмотки 28 возникает напряженность Н, характеризуемая по обе стороны от ферромагнитной перемычки 27 частичными суммами и разностями Ф + Ф,, , Р, - „ магнитных потоков f , р ,

При этом рабочие: точки бесконтактного потенциометра находятся в торцовой части 25 - на нисходящем участке кривой намагничивания

, %,),где - модулирующий поток в торцовой части 25, в ферромагнитной перемычке 27 - на вос ходя1цем участке кривой намагничивания р ,„„ - {(Р„п. )с t Ри ) , где Фм п - модулирующий магнитный поток в ферромагнит ной перемычке 27; в коаксиальных.маг нитопроводах 1 и 2 - на восходящем участке для кривой намагничивания |3,{{фдд ,Фи i и) и на нисходящем участке для кривой намагничивания р;;г..),Рмт -МОдулируюпще магнитные потоки соответственно вдоль всей длины неподвижного магнитопров ода и на участке Р,Рц Причем, в соответствии с условием (2} погонные магнитные сопротивления торцовой части 25, ферромагнитно перемычки 27, коа.ксиальных магниТопроводов 1 и 2 по всей длине и на части их длины -R)t,T, R(Un,R Jn.fiSm находятся в бинарном отношении, «pl«fttT %n|Rj... О) Указанные в вьфажении (3) величины принимают минимальные значения в исходном положении при асимметричном размещении ферромагнитной перемычки 27 относительно концов неподвижного магнитопровода чем обеспечен максимальньй диапазон бесконтакт ного преобразования, При увеличении (уменьшении) в измерительной обмотке 29 постоянного тока (напряжения) напряженмость Нвозрастает (снижается) и амплитуды (UH (Un резко увеличиваются ( юаются) , а амплитуды Р.,, Е резко падают (растут), что приводит к значительньм изменениям бинарных отношений в выражений (3), При нйрутег НИИ равенства (3) сигнал рассогласования с дополнительной обмотки 31 усиливается фаз очувствительным усилителем 32, и реверсивный Двигатель 33 вращает центральный подвижный магнитопровод 26 из диамагнитного материала в ту или иную сторону (в зависимости от знака рассогласования, перемещая в продольном направлении ферромагнитную перемычку 27 с компенс1фующей обмоткой 28 до полного восстановления равенства (3), Для различных значений постоянного тока (напряжения) после снятия сигнала величина продольной остаточной намагниченности магнитопровода равна (Н,„р) (j Де Ч (,( ; А,А и АО - постоянные коэффициенты, характеризующие расчетные параметры магнитной цепи потенциометра. Выражение (4) при заданных значениях определяет степенной характер изменения приведенной погрешности щ lAf(HpBp), характеризующей нелинейность выходной характеристики потенциометра (где К - постоянный коэффициент, зависящий от магнитных свойств магнитопровода), и содержит аддитивную и мультипликативную составляющие Jj.y, Для выделения легко учитываемой в показаниях потенциометра аддитивной составляющей JC «. диапазон изменения Н;. (контролируемого сигнала) задается усилителем 30 постоянного тока (напряжения) с регулируемым коэффициенте усиления. Величина углового перемещения центрального подвижного магнитопровода 26 пропорциональна заданной величине контролируемого постоянного тока (напряжения). Таким образом, в бесконтактном потенцисжетре исключено изменение ампер-витков компенсирующей обмотки и обеспечена постоянная по величине поправка в выходных показаниях, что повьШ1аёт чувствительность и точность его работы.

Ч

1 . Бесконтактный потенциометр, содержащий неподвижный магнитопровод, выполненный в виде двух коаксиальных магнитопроводов, соединенных четьфьмя магнитными перемычками, на которых размещены модулирующие обмотки и которые соединены параллельно на выходе умножителя частоты и размещены симметрично одна относительно другой, а также расположенный внутри неподвижного магнитопровода и соединенный с ним торцовой частью центральной подвижный магнитопровод с ферромагнитной перемычкой, на которой размещена компенсирующая обмотка, и размещенными на неподвижном магнитопроводе измерительной обмоткой и дополнительной обмоткой, которая соединена с фазочувствительным усилителем, подключенным к реверсивному двигателю, кинематически . связанному с подвижным магнитопроводом, отличающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности и точности преобразования, в него введены усилитель постоянного тока, который включен в разрьш измерительной обмотки, и четьфе ферромагнитные перемычки с модулирующими обмотками, причем в неподвижном магнитопроводе между его концами выполнены четьфе сквозных продольных окна, по обе стороны от которых попарно расположены восемь ферромагнитных перемычек, в которыхвдоль продольно оси вьтолнены ц поперечных отверстий, через которые в од(Л ном направлении последовательно пропу. щены модулирующие обмотки. 2.Потенциометр по п,1,о т л и ч а ю щ и и с я тем, что число витков модулирующей обмотки на М -м участке неподвижного магнитопровода при Wp, определяется из условия , i( где п 2 - порядковый номер поперечных отверстий в ферромагнитных пе(О. ремычках . эо 3.Потенциометр по п.1, о т л и 00 чающийся тем, что центральный подвижный магнитопровод выполнен из диамагнитного материала, его ферромагнитная перемычка выполнена с пазами по ширине сквозных продольных окон неподвижного магнитопровода и размещена асимметрично относительно его концов.

«u