Датчик угловых перемещений Советский патент 1986 года по МПК G01D5/20 

Изобретение относится к измери - тельной технике и может быть исполь- зовано в системах автоматического контроля и регулирования.

Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения реактивного момента и ухода нулевых значений реактивного момента и выходного напряжения.

На фиг. 1 представлен датчик, . общий вид; на .фиг. 2 - то же, вид сбоку.

Датчик содержит ротор I, представляющий сш 1етричное относительно нейтральной оси 0-0 ферромагнитное тело и статор 2, рыполненный из Ш-об- раэного магнитопровода 3, на стержнях 4, 5 и 6 которого расположены катушки обмотки возбуждения 7 и выходной обмотки 8 и 9. Последняя представляет собой две встречно включенные катушки 8 и 9 крайних стержней 4 и 6 магнитопровода 3. Ш-образнмй магнитопровод 3 выполнен из ферромагнитного материала. Грани 10 магнитопровода 3, кроме выходящих в рабочий воздушный зазор 11, имеют покрытие 12 из материала с малым электросопротивлением, при этом покрытие 12 имеет разрьгоы на одном иди нескольких ребрах ГЗ. Ротор 1 выполнен также из ферромагнитного материала с покрытием 15 граней, кроме выходящих в воздушный зазор П. Покрытие 14 имеет разрывы на одном или нескольких ребрах 16,

Датчик работает следующим образом.

При подач-е напряжения на обмотку возбуясдения 7 статора 2 возникает магяитшай поток, наводящий ЭДС в катуижах выходной обмотки 8 и 9. Яри симметричном относительно нейтральной оси О-О положении ротора в катушках 8 и 9 крайних стержней 4 и 6 наводятся равные по величине ЭДС, фазы которых противоположны за счет.встречного включения катушек 8 и 9. Это положение ротора 1 соответствует минимальному выходному сигналу и является нулевым положением выходной характеристики. Нулевое положение выходной характеристики отличается от геометрической нейтрали за счет погрешностей изготовления магнитопровода и наличия потоков рассеяния, влияние которых усиливается в случае вьшолнения датчика в минимальных габаритах. Покрытие маг

нитопровода материалом с малым удельным электросопротивлением приводит к ослаблению потоков рассеяния, наличие разрывов покрытия на ребрах исключает ослабление рабочего потока, проходящего через воздушньй зазор. Это приводит к совпаденшо нулевого положения датчика с геометрической нейтралью.

В отличие от известных в предлагаемом устройстве осуществляется полное экранирование всех потоков, кроме рабочего, через воздушный зазор.

При смещении ротора 1 от симметричного относительно оси 0-0 положения равенство магнитных проводимостей под крайними стержнями магнитопровода 3 нарушается, магнитный поток перераспределяется и наводит в катушках 8 и 9 обмотки разные по величине ЭДС, в результате чего наблюдается- нарастание выходного сигнала. Выходное напряжение катушек 8 и 9 обмотки определяется в соответствии с выра- жением

и.

-и

W,

где

W,

G -G 1 W. G +G

-напряжение питания;

-числа витков обмоток

(1)

5

Vi

и W,

выходной и возбуждения соответственно;

G и G - магнитные проводимости, определяемые выражением G, G

G

(2)

-I(3)

где GO - магнитная проводимость через, средний стержень;

- магнитные проводимости через крайние стержни.

При этом

г .- и - 1 &

а, р.

I+uG. (х);

1+uG, (х),

(4)

(5)

S

где FO - магнитная проницаемость воздуха;

а - ширина крайнего стержня;

1 - размеры Ш-образного магни- топровода в поперечном направлении;

X - смещение ротора от нейтрального положения;

S - величина воздушного зазора. Линейность выходной характеристики определяется степенью линейности

зависимости изменения магнитной проводимости от смещения ротора.

Отклонение от линейного закона происходит вследствие дополнительных потоков рассеяния, которым соответст- вугот проводимсэсти AG (х) и4С(х), имеющие нелинейную зависимость от перемещения X.

В предлагаемом устройстве осуществляется экранирование всех потоков рассеяния, кроме рабочего потока воз- дущного эазора, в том:числе и экранирование потоков, которым соответству- :ют магнитные проводимости ДО,(х) и ЛО,(х), и таким образом обеспечивается высокая линейность выходной характеристики.

Уменьшение реактивного момента достигается за счет уменьшения зав-и- симости суммарной магнитной прово- д№юсти от положения якоря. « Величина реактивного момента определяется выражением

м- Ф ci(G,+G) - 2 (G +GJ аы

(6)

1 где - магнитный поток;

6i - угол поворота ротора; G иG - магнитные проводимости через

крайние стержни, выражения для кото1 ---..

рых приведены выше.

После подстановки выражен ий (4) и (5)в выражение (6) получают

,(x))

М

dx

, (x)+uGjx)J

(7)

В предлагаемом устройстве сводятся к минимуму члены &G, (х) и ), зависимые от перемещения х, что приводит к уменьшению производной

aG,(x)-HaG(x)

d dx

за счет чего достигается реактивного момента М.

уменьшение

Уменьшение реактивного момента и улучшение линейности выходного на- 50 пряжения приводят к уменьшению расхождения нулевых значений реактивного момента и выходной характеристики, что способствует повышению точности.

Степень ослабления реактивного мо-55 мента определяется толщиной экранируемого покрытия, его материалом И рабочей частотой питающего напряжения.

5 tot5

20

5

0

С достаточной степенью точности коэффициент К ослабления реактивного момента определяется выражением

М Н

М - реактивный момент датчика с покрытием;

Нд - реактивный момент датчика без покрытия

Н - напряженность магнитного поля на границе магнитопровода с покрытием;

Нд - напряженность магнитного поля на границе магнитопровода без покрытия.

Наличие экрана приводит к ослаблению магнитного поля, так что на расстоянии Z напряженность магнитного поля Н определяется соотношением

,

при этом на расстоянии, равном длине волны Л , т.е. при

7-А- 2

происходит практически полное эЛра- нирование.

При 2 U ослабление магнитного поля происходит в соответствии с соот- ношени м .,.

I f

--НР

гтт

40

45

35 (

Ослабление реактивного м «ента определяется выражением . .. М Н -2Wnff..v

-м:-н7

где л- толщина покрытия;

р- магнитная проницаемость материала ; покрытия ; f электропроводность материала

покрытия.

Отсюда толщина покрытия выбирается из соотношения 1пК

д 2j Tr:fpy

При использовании в качестве материала с малым удельным электросопротивлением меди т Гн

р 4П10- -- ;

,8 10 |-.

а толщина покрытия определяется выражением

-1пК 1пК

2 nf4Tr 10- 5,8- l6 9,6П|

Формула изобретения

1. Датчик угловых перемещений, содержащий ферромагнитньй ротор, статор с Ш-обраэнь м магнитопроводом, на среднем стержне которого размещен обмотка возбуждения, а на крайних стержнях - катушки выходной обмотки, включенные встречно, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения реактивного момента и ухода нулевых значений реактивного момента и выходного напряжения, поверхности маг- нитопровода ротора и статора, кроме ребер и поверхностей, выходящих з рабочий зазор, покрыты материалом с малым удельным электросопротивлением, а толщина покрытия выполнена по соотношению

2/Rf

|где р - магнитная проницаемость материала покрытия;

f - частота питающего напряжения;

электропроводность материала покрытия;

коэффициент уменьшения

у М

-

реактивного момента;

Mj, - реактивный момент датчика без покрытия;

М - реактивный момент датчика с покрытием f

2. Датчик по п. 1, о т л и - ч а 10 щ и и с я тем, что в качвст- ве материала покрытия использована

медь.

/

/4

в Фиг. /

Составитель в. Трегубов Редактор Л. Повхан Техред Л.Сердюкова Корректор В. Бутяга

Заказ 2977/46 Тираж 705Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.-, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

/ff

fPus.B

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования. Цель изобретения - повьппение точности контроля. Датчик (Д) содержит ферромагнитный ротор, статор с Ш-образным магнитопроводом, на среднем стержне которого размещена обмотка возбужде на крайних стержнях - катушки выходной обмотки, включенные встречно . Поверхности магнитопровода ротора и статора, кроме ребер и поверхностей, выходящих в рабочий зазор, покрыты материалом с малым удельным электросопротивлением, причем толщина покрытия Л выполнена по соотно- шёншо и -1пК/2 /1Г где f - частота питающего напряжения, f4- магнитная прочищаемрсть материала покрытия; V злектропроводность материала; К -коэффициент уменьшения реактивного момента. В изобретекии осуществляется экранирование всех потоков рассеяния, кроме рабочего потока, что обеспечивает высокую линейность выходной характеристики. Уменьшение реактивного момента и улучшение линейности выходного напряжения приводят к уменьшению расхождения нуле- В1ЛХ значений реактивного момента и выходной характеристики, что повышает точность. I з.п. ф-лы, 2 ил. W to оэ 4 Ю СД