Электромагнитный преобразователь линейного перемещения Советский патент 1988 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерителной технике и может быть использовано для контроля позиционирования подвижных объектов.

Целью изобретения является повы- шенне чувствительности и точности электромагнитного преобразователя путем регулировки степени экранирующего влияния якоря на обмотку и учета тем- пературной и временной нестабильности его характеристики преобразования

На фиг, показана конструкция электромагнитного преобразователя линейного перемещения; на фиг.2 - схе- ма подключения к вторичному блоку измерения и преобразования выходного сигнала преобразователя.

Преобразователь содержит полый цилиндрический корпус, вьтолненный разъемным по длине из двух частей 1 и 2. Часть 1 вьтолнена из ферромагнитного материала, а часть 2 - из электропроводного диамагнитного материа- ла.

Во внутренней полости частей 1 и 2 корпуса установлены соосно соле- ноидная измерительная обмотка 3 и обмотка 4 возбуждения. Для предохране- ния обмоток 3 и 4 от повреждения предназначен изоляционный каркас 5. Обмотки 3 и 4 имеют общую точку соединения, которая подключена к общей точке преобразователя. Между обмотка- ми 3 и 4 установлено разрезное электропроводное кольцо 6 с разрезом 7, в котором размещен МОП-транзистор 8. Его сток и исток электрически соединены со стенками кольца 6 в зоне его разреза. Затвор транзистора 8 предназначен для подачи на него сигнала управления. В полости обмоток 3 и 4 на оси преобразователя установлен с возможностью перемещения якорь, вы- полненный в виде соединенных торцами ферромагнитного стержня Р и электропроводного диамагнитного стержня 10. Свободный торец ферромагнитного стержня 9 предназначен для связи с объектом контроля. Свободный торец электропроводного стержня 10 и электропроводная часть 2 корпуса скреплены между собой, например, с помощью электропроводного диска, образующего днище корпуса. К свободному выводу обмотки 4 возбуждения подключен одним вьшодом балластный резистор 11,другой вывод которого предназначен дпя

5

Ю

20 5

30 -з 40 з

0

подключения источника питания переменного тока (не показан). При выполнении измерений к противоположным выводам обмотки 4 возбуждения и измерительной обмотки 3, а также к затвору транзистора 8 подключают вторичный измерительный блок 12, включающий в себя микро-ЭВМ 13 с информационным входом 14 и двумя управляющими выходами 15 и 16. К информационному входу 14 подключен выходом ана- лого-цифровой преобразователь (А1Щ) 17, к входу которого подключен двух- входовой коммутатор 18, вьтолненный в виде пары соединенных выходами управляю1цих электронных ключей 19 и 20, управляемые входы которых соединены с управляклцими выходами 15 и 16 микро-ЭВМ 13. Вход, ключа 19 соединен с началом обмотки 4 возбуждения, а вход ключа 20 - с концевым вьшодом измерительной обмотки 3. К затвору МОП-транзистора 8 подключен управляющий вход ключа I9. I

Электромагнитный преобразователь

линейного перемещения работает в два такта. Первый такт - градуировоч- ный, а второй - измерительный. Управление работой преобразователя (переключение из градуировочного режима в измерительньй) выполняется автоматически с помощью микро-ЭВМ 13. В градуировочном режиме на выходе 16 микро-ЭВМ 13 формируется сигнал высокого уровня, а на выходе 15 сигнал низкого уровня. Это вызывает замыкание электронного ключа 19 и щунтиро- вание электродов сток-исток МОП-транзистора 8. Ключ 20 при этом разомкнут и поэтому к информационному входу 14 микро-ЭВМ 13 подключена через АЦП 17 только обмотка 4 возбуждения преобразователя. При этом стенки электропроводного -кольца 6 в зоне разреза 7 замкнуты МОП-транзистором 8 и оно поэтому представляет собой в градуировочном режиме короткозамкнутый виток, экранирующий обмотку 4 возбуждения от электропроводной части 2 корпуса и электропроводного стержня 10 якоря. Положение якоря при этом не влияет на величину полного индуктивного сопротивления обмотки 4. Это сопротивление, однако, зависит от температурной нестабильности магнитной проницаемости материалов корпуса и якоря. Допустимо считать,что эти пара

метры одинаково влияют на обмотку 4 воз- j6y AeHHH и измерительную обмотку 3. Поэтому величина ЭДС на обмотке 4 воз-, буждения при замкнутом электропровод- ном кольце 6, преобразуемая с помощью АЦП 17 в цифровой эквивалент на входе 14 микро-ЭВМ 13, однозначно характеризует температурное изменение характеристики преобразования электромагнитного преобразователя перемещения в момент измерений, соответствующий начальным (эталонным) условиям. По величине этой ЭДС микро-ЭВМ вычисляет действительные параметры характеристики преобразования и заполняет их,

В измерительном такте на управляющем выходе 15 микро-ЭВМ 13 формируется сигнал высокого уровня, а на вы- ходе 16 - сигнал низкого уровня. При этом ключ 19 и МОП-транзистор 8 переходят в разомкнутое состояние, а ключ 18 - в замкнутое. В результате на вход А1Щ 17 подключается измери- тельная обмотка 3 преобразователя, а обмотка 4 возбуждения отключается, Разрезное кольцо 6 с разомкнутыми МОП-транзистором 8 стенками в зоне разреза перестает оказывать экранирую щее влияние на работу преобразователя, В результате сигнал измерительной обмотки 4 начинает зависеть от осевого положения стержней 9 и 10 и части 2 корпуса, т.е, от перемеще- ния объекта контроля.

Действительно, при перемещении объекта контроля в направлении х изменяется положение ферромагнитного стержня 9, электропроводного стержня 10 и электропроводной части 2 корпуса относительно измерительной обмотки 3, Это приводит к изменению степени экранирования измерительной обмотки 3 и эквивалентной магнитной проводимости на пути магнитного потока, создаваемого обмоткой 4 возбуждения и пересекающего витки измерительной обмотки 3, Вследствие этого происходит изменение величины ЭДС, индуктируемой в

измерительной обмотке 3, приблизително пропорционально величине перемещения. Точное значение величины контролируемого перемещения вычисляется по градуировочной характеристике преобразователя, хранящейся в памяти микро-ЭВМ 13 и скорректированной с учетом результатов градуировочного такта работы преобразователя.

Благодаря более сильному выраженному влиянию перемещений якоря и связанной с ним электропроводной части корпуса на ЭДС измерительной обмотки повышается чувствительность преобразователя, а вследствие непрерывного отслеживания температурных и временных изменений его характеристики преобразования повьшается его точность.

Формула изобретения

Электромагнитный преобразователь линейного перемещения, содержащий цолый цилиндрический корпус, размещенные в нем соленоидную измерительную обмо.тку и якорь, вьшолненный в виде . соединенньгх между собой торцами ферромагнитного и электропроводного стержней, свободный торец одного из которых предназначен для св,язи с объектом контроля, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности преобразователя, он снабжен обмоткой возбуждения, размещенный соосно с измерительной обмоткой, установленным между разрезным, электропроводным кольцом и размещенным в его разрезе МОП-транзистором, сток и исток которого соединены с противоположными стенками кольца в зоне разреза, полый корпус выполнен разъемным по длине из двух частей, одна из которых выполнена из ферромагнитного материала и охватывает обмотку возбуждения, а вторая - из электропроводного матеп риала и прикреплена к свободному торцу электропроводного стержня.

Изобретение относится к измерительной технике, Пель - повысить чувствительность и точность электромагнитного преобразователя линейных перемещений за счет регулировки степени экранирующего влияния якоря на его измерительную обмотку и обеспечения температурной коррекции его характеристики преобразования. Обмотка 4 возбуждения и измерительная обмотка 3 преобразователя размещены в полости разъемного корпуса, состоящего из двух соединенных торцами и расположенных соосно ферромагнитной и элекшТЕЛЬ еричувагпепе его ия тека ости оек# S7J тропроводной частей. Якорь тгреобразо- вателя также состоит из соединенных торцами ферромагнитного 9 и электропроводного 10 стержней. Между обмотками 3 и 4 установлено разрезное электропроводное кольцо 6, в разрезе которого размещен бескорпусный МОП-транзистор 8, сток и исток которого электрически присоединены к стенкам разреза в кольце. С помощью вторичного блока преобразователя, присоединенного к выводам обмоток 3 и 4 преобразователя и затвору МОП-транзистора и: содержащего микро ЭВМ, АЦП и коммутатор, обеспечивается работа преобразователя в двух режимах - градуировочном, когда с помощью коммутатора и МОП-транзи стора соединяются стенки кольца и обмотка 3 экранируется от обмотки 4, вследствие чего преобразователь становится нечувствительным к положению его якоря, формируется корректирующая поправка, а также в измерительном режиме, когда экранирующее кольцо 6 размыкается и осуществляется измерение ЭДС на обмотке 3, зависящее от положени я якоря преобразователя, 2 ил. с (Л to ел 4

фиг. 2