Бесконтактный индуктивный датчик Советский патент 1989 года по МПК G01B7/14 

31497448

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения расстояния до поверхности объектов из электропроводного или ферромагнитного материала и является усовершенствованием известного датчика по авт.св. № 1314225,

Целью изобретения является повьшеПластина 24 закреплена в кольце 25, выполненном из деэлектрического материала и жестко связанном с втулкой 1, Пружина 26 обеспечивает механический контакт дополнительной втулки 14 и гайки 18 с постоянным заранее заданным усилием. Для стопорения втулки 14 и гайки 18 после установки

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности бесконтактного датчика расстояния до поверхности объекта за счет уменьшения влияния межвитковой емкости его обмоток при колебаниях температуры окружающей среды. Датчик содержит рабочую катушку 4 индуктивности, обращенную к объекту контроля, и удаленную от него компенсационную катушку 6, которые размещены в кожухе 12. Две электропроводные пластины 22 и 23, разделенные третьей пластиной 24, образуют дифференциальный конденсатор переменной емкости, размещенный в кожухе 12 со стороны компенсационной катушки и включенный параллельной обеим катушкам датчика. Благодаря изменению емкости обеих половин этого конденсатора при температурных деформациях датчика обеспечивается компенсация нестабильности его реактивных параметров. 2 ил.

ние точности индуктивного датчика пу- IQ датчика на нуль (балансировки его тем уменьшения влияния изменений меж- витковой емкости его обмоток при колебаниях температуры окружающей среды.

На фиг. 1 представлен индуктив1-1ый Датчик расстояния до поверхности tS рбъекта, общий вид; на фиг. 2 - элект- эическая схема замещения.

Бесконтактный индуктивный датчик содержит втулку 1, вьшолненную в виде полого цилиндра. С компенсационным 0 концом в тулки -жестко связано полукольцо 2, установленное эксцентрично и имеющее

R

cvH

R u; C -fu; C -где С

С, + С

RLJ

С.поперечную прорезь 3, вьшол- ненную с углом наклона около 5. Во втулке 1 размещены соосно расположен- 25 ется выражением ные измерительная катушка 4 с торо- Идальньи сердечником 5 и компенсационная катушка 6 с тороидальным сердечником 7. Сердечники 5 и 7 имеют радиальные щели В и 9, в KOTopbtx раз- 30 мещены немагнитные электропроводящие пластины 10 и 11, обеспечивающие формирование магнитного поля в щелях. Цилиндрическая втулка 1 размещена в кожухе 12, который жестко прикреп- 35 лен к втулке со стороны измерительной катушки 4 и отделен от нее на других участках с помощью сепаратора 13. Внутри кожуха 12 у его свободного конца установлена с возможностью по- 40 ворота вокруг оси датчика дополнительная втулка 14, в пазу которой жестко закреплена упругая пластина 15, фиксированная на втулке 14 кольцом 16 и проходящая через поперечную прорезь |5 3. В средней части пластины 15 в зоне щели 9 жестко закреплен подстроечный магнитный шунт 17. Дополнительная втулка 14 связана с кожухом 12 посредством гайки 18 и кольца 19, жест-.,, ко связанного с этой гайкой штифтами 20. В торцовой части кольца 19 жестко закреплена выполненная из диэлектрического материала шайба 21, отделяющая две электропроводные пластины 22 и 23, между которыми помещена третья электропроводная пластина 24. Эти пластины образуют дифференциальный конденсатор переменной емкости.

измерительной и компенсационной ча тей) служат винты 27. Электрически датчик вьтолнен по полумостовой из мерительной схеме (фиг. 2). Первая пластина 22 конденсатора переменно емкости, обращенная к магнитному ш ту 17 датчика, соединена с концом измерительной катушки 4, его втора пластина 23 соединена с концом ком пенсационной катушки 6, а третья промежуточная пластина 24 подключе к точке соединения начал катушек 4 и 6. Полное сопротивление каждой и дуктивной катушки датчика определя

(1)

1

активное сопротивлениа обмотки катушки; индуктивность катушки, круговая частота напряжени ..питания;

межвитковая емкость катушк емкость секции дифференциа ного конденсатора, подключ ной к катушке„

Для обеспечения температурной к пенсации кожух 12 датчика долкен быть изготовлен из материала с тем пературным коэффициентом линейного расширения, превьш1ающим этот коэффициент материала втулки 1. Б проц се настройки датчика путем поворот гайки 18 добиваются наиболее полно вьшолнения условия

const

(2)

55

С 1к С

а поворотом втулки 14, приводящим изменению степени изгиба упругой пластины 15, добиваются наиболее полного выполнения условия

L . const,

датчика на нуль (балансировки его

ется выражением

измерительной и компенсационной частей) служат винты 27. Электрически датчик вьтолнен по полумостовой измерительной схеме (фиг. 2). Первая пластина 22 конденсатора переменной емкости, обращенная к магнитному шунту 17 датчика, соединена с концом измерительной катушки 4, его вторая пластина 23 соединена с концом компенсационной катушки 6, а третья промежуточная пластина 24 подключена к точке соединения начал катушек 4 и 6. Полное сопротивление каждой ин-, дуктивной катушки датчика определяR

cvH

R u; C -fu; C -выражением

где С

С, + С

ется выражением

1

ражением

активное сопротивлениа обмотки катушки; индуктивность катушки, круговая частота напряжения ..питания;

межвитковая емкость катушки; емкость секции дифференциального конденсатора, подключенной к катушке„

тся выражением

Для обеспечения температурной компенсации кожух 12 датчика долкен быть изготовлен из материала с температурным коэффициентом линейного расширения, превьш1ающим этот коэффициент материала втулки 1. Б процессе настройки датчика путем поворота гайки 18 добиваются наиболее полного вьшолнения условия

ется выражением

const

(2)

С 1к С

а поворотом втулки 14, приводящим к изменению степени изгиба упругой пластины 15, добиваются наиболее полного выполнения условия

L . const,

где ь„ L,, С иCIKCIM

С киндуктивность измерительной катушки;

индуктивность компенсационной катуш1ш;

межвитковая емкость измерительной катушки; межвитковая емкость компенсационной катушки; емкость секции дифференциального конденсатора, электрически подключенной к измерительной катушке; емкость секции дифференци10

ми, пластина 15 изогнется таким образом, что шунт 17 переместится в направлении к сердечн1жу 7 компенсационной катушки 6, а промежуточная пластина 24 дифференциального конден IpaTopa переместится ближе к пластине 23, электрически соединенной с выходом компенсационной катушки 6. Благо даря этому индуктивность L компенса ционной катушки 6 и емкость секции дифференциального конденсатора, электрически подключенная к этой катушке 6, также увеличивается, а ем-

ального конденсатора, элект- 15 кость C дифференциального конденрически подключенной к ком- . пенсационной катушке, в заданном температурном диапазоне эксплуатащ1Й датчика. Найденные положения гайки 18 и шунта 17 фиксируются путем стопорения гайки 18 и втулки 14 винтами 27.

Настроенный датчик работает следующим образом. I

При изменении положения контролируемого объекта меняется величина зазора между ним и Сердечником измерительной катушки 4, что приводит к разбалансу измерительной схемы, по которому судят о величине расстояния до поверхности объекта. При повьшгении температуры окружающей среды происходит нагрев обмотки и сердечника измерительной катущки 4, что приводит к увеличению ее межвитковой емкости и индуктивности LU. Однако одно 1U

временно происходит также нагрев цилиндрической втулки 1 и кожуха 12 датчика. Вследствие того, что их температурные удлинения будут различны-.

ми, пластина 15 изогнется таким образом, что шунт 17 переместится в направлении к сердечн1жу 7 компенсационной катушки 6, а промежуточная пластина 24 дифференциального конден- IpaTopa переместится ближе к пластине 23, электрически соединенной с выходом компенсационной катушки 6. Благодаря этому индуктивность L компенсационной катушки 6 и емкость секции дифференциального конденсатора, электрически подключенная к этой катушке 6, также увеличивается, а ем-

сатора уменьшается, что уменьшает температурную погрешность датчика и повьш1ает точность измерения в заданном диапазоне температур.

Формула изобретения

Бесконтактный индуктивный датчик по авт.св. № 1314225, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения влияния изменений межвитковой емкости при колебаниях температуры окружающей среды, он снабжен дифференциальным конденсатором переменной емкости, размещенным в кожухе со стороны компенсационной катушки две плоские электропроводные пластины которого закреплены на кожухе, одна из них обращена к магнитному шунту и соединена с концом измерительной катушки, вторая соединена с концом компенсационной катушки, а третья размещена между первыми двумя, закреплена на втулке и подключена к точке соединения начал обеих катушек.

U2.2