Трансформаторный преобразователь линейных перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01B7/00 

1

(21)4371735/25-28

(22)01.02.88

(46) 07.12.89. Бюл. № 45

(71)Завод-втуз при Производственном объединении турбостроения Ленинградский металлический завод

(72)А.П.Нелюбин, В.И.Репкин, В.А.Пахомов и В.В.Малев

(53)621.317.39:531.71 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 859799, кл. G 01 В 7/00, 1979.

(54)ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

(57)Изобретение относится к измерительной технике. Цель - расширение диапазона линейного преобразования перемещений трансформаторного преобразователя. Он содержит первичную обмотку 3 возбуждения и две дифференциально включенные измерительные обмотки 4 и 5, расположенные коаксиаль- но и закрепленные в корпусе 1, а под

I I

ОнЭ чХЯХХА u JLkJw

/ /li 8

вижная часть выполнена в виде двух сердечников 6 и 10, установленных с возможностью перемещения во взаимно противоположных направлениях и выполненных в виде коаксиально размещенных полого ферромагнитного цилиндра с немагнитной вставкой 7 в его средней части и ферромагнитного сердечника с немагнитными краевыми участками. Ферромагнитные участки 8 и 9 первого сердечника 6, а также ферромагнитная часть второго сердечника 10 могут быть выполнены в виде набора колец или дисков с увеличивающейся магнитной проницаемостью в направлении к торцам преобразователя. Благодаря этому при их взаимном перекрытии в процессе работы преобразователя обеспечивается компенсация ослабления рабочего магнитного потока на краях диапазона преобразования, обусловленного краевыми эффектами. 1 3.п. ф-лы, 3 ил.

i (Л

.--/

ел го

4

00

и

Изобретение относится к измерителной технике и может быть использовано, например, в машиностроении для измерения линейных перемещений.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения дифференциального трансформаторного преобразователя линейных перемещений путем коррекции нелинейности на краях этого диапазона.

На фиг.1 показана схема конструкции трансформаторного преобразовател разрез по его продольной оси; на фиг,2 - форма выполнения второго сердечники преобразователя в виде ферромагнитной центральной части и немагнитных краевых участков; на фиг.З - кинематическая связь сердечников преобразователя с объектом контроля, с помощью которой обеспечиваются взаимно гфотивоположные перемещения этих сердечников при изменении положения объекта контроля.

Трансформаторный преобразователь линейных перемещений содержит ферромагнитный корпус 1, выполняющий одновременно функции экрана, и закрепленный я нем нема1 нитньй каркас 2 для размещения первичной обмотки 3 возбуждения и двух включенных по раз ностной схеме измерительных обмоток 4 и 5, которые размещены коаксиаль- но. На продольной оси преобразователя размещены коаксиально с возможностью переь ещения во взаимно противоположных направлениях, два сердечника, один из которых, сердечник 6, выполнен в виде полого цилиндра, имеющего в средней части немагнитную вставку 7 и ферромагнитные участки 8 и 9 по обеим сторонам от нее, а второй сердечник 10 выполнен в виде ферромагнигнот о сплошного цилиндрического тела, длина которого должна быть меньше длины немагнитной вставки 7 первого сер/,ечника. Второй сердечник 10 может иметь немагнитные участки 11 и 12, прикрепленные к торцам его ферромагнитной части и имеющие одинаковые диэлектрические параметры (фиг.2). Ферромагнитные участки 8 и 9 первого сердечника 6, а так- ,же ферромагнитная часть второго сердечника 10 могут быть выполнены в виде набора колец, выполненных из материалов с различной магнитной проницаемостью, няттрт мер с увеличивлющей

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ся магнитной проницаемостью в направлении к торцам преобразователя.

Кинематическая связь сердечников 6 и 10 трансформаторного преобразователя геремещений с объектом контроля, например золотником 13 (фиг.З) паровой турбины, осуществляется через поршень 14, шток 15 и зубчатую рейку 16, связанную с ведущим зубчатым колесом 17, с которым соединены зубчатые колеса 18 и 19 таким образом, что вращение ведущего колеса 17 обеспечивает вращение колес 18 и 19 во взаимно ПРОТ1ШОПОЛОЖНЫХ направлениях. Зубча- ные колеса 18 и 19 через кинематические элементы 20 и 21 связи соединены с зубчатыми колесами 22 и 23, которые, также вращаясь в противоположные стороны, обеспечивают движение зубчатых реек 24 и 25, связываемых с сердечниками 6 и 9 преобразователя, обеспечивая их линейное перемещение во взаимно противоположных направлениях.

Преобразователь линейных перемещений работает следующим образом.

Под действием электрического тока, протекающего в цепи обмотки 3 возбуждения, в последней возникает магнитный поток, наводящий ЭДС во вторичных (измерительных) обмотках 4 и 5. Разностное напряжение измерительных обмоток поступает на регистрирующее устройство (не показано) или на аналого-цифровой преобразователь, связанный с ЭВМ для последующей обработки сигнала и использования полученной информации, например, для целей управления.

При нахождении первого сердечника 6 Б нейтральном положении по отношению к обмоткам 4 и 5 преобразователя, когда коаксиально расположенный второй сердечник 10 также находится в середине датчика, ферромагнитные участки 8 и 9 полого сердечника 6 располагаются симметрично по отношению 1. ферромагнитной части згорого сердечника 10, находясь за пределами обмоток преобразоват.эля.

В результате наводимая в обмотках 4 и 5 ЭДС противоположна по фазе, вследствие чего выходной сигнал преобразователя будет равен нулю.

Магнитный поток, наг.,одящий ЭДС в измерительных обмотгсах 4 и 5, имеет наибольшую плотность в середине магнитопроводящей части второго сердечника 10 н направлен вдоль оси датчика. Плотность н направление магнитного потока претерпевают наиболее резкое изменение около торцов этого сердечника и обмотки 3 возбуждения.

При перемещении объекта измерения, например поршня 14 золотника 13 влево, перемещается влево также и шток 15 с зубчатой рейкой 16, что приводит к повороту против часовой стрелки ведущего зубчатого колеса 17, по внутренней образующей которого катится зубчатое колесо 18, а по внешней образующей - зубчатое колесо 19. Поворот ведущего колеса 17 против часовой стрелки вызовет поворот в том же направлении колеса 18 и в противоположном направлении колеса 19. Колеса 18 и 19 через кинематические элементы 20 и 21 связи вызовут синхронный поворот в тех же направлениях соответственно колес 22 и 23, которые перемещают во встречных направлениях зубчатые рейки 24 и 25 и связанные с ними через штоки первый и второй сердечники 6 и 10 преобразователя. Ферромагнитная часть второго сердечника 10 смещается влево от нейтрального положения, а ферромаг- |НИтные участки полого сердечника 6 смещаются вправо. В результате ферромагнитный участок 9 полого сердечника 6 еще более удаляется из зоны действия обмотки 3 возбуждения, а ферромагнитный участок В входит в эту зону, перекрывая частично коаксиаль- но расположенный второй сердечник 10. При этом перекрытие начинается на нелинейном краевом участке характеристики преобразования.

Ферромагнитная часть второго сердечника 10 уменьшает магнитное сопротивление преобразователя на краю диапазона измерения и, следовательно, увеличивает плотность магнитного потока на этом участке, повышая линейность выходной характеристики. Поскольку при смещении сердечника 10 влево концентрация магнитного потока в зоне размещения обмотки 4 увеличивается, а в яоне размещения обмотки 5 уменьшается, то ЭДС, наведенная в обмотке 4, превьш1ает ЭДС, наведенную в обмотке 5, и на выходе датчика появляется разностный сигнал, фаза которого зависит от направления смещения второго сердечника Ю относительно нейтрального положения, а амплиту

0

5

0

5

0

5

0

5

да - от величины смещения этог-о сердечника .

Скорость перемещения сердечников, обусловленная кинематическими данными ведущего колеса 17, колес 18 и 19, 22 и 23, выбирается в зависимости от конструктивных параметров преобразователя, например его обмоточных данных, размеров его сердечников, их магнитных свойств и т.п..

При смещении поршня 14 золотника 13 вправо кине атические элементы перемещают ферромагнитную часть сердечника 10 вправо, а ферромагнитньй участок 9 - влево, вследствие чего происходит их хотя бы частичное перекрытие.

При этом ферромагнитный участок 8 сердечника 6 выходит за пределы действия обмоток преобразователя, обеспечивая более высокую концентрацию магнитного потока в измерительной обмотке 5, что увеличивает линейность вьсходной характеристики датчика на другом краю диапазона измерений и при обратном движении контролируемого объекта.

Изготовление ферромагнитных участков 8 и 9 первого сердечника 6 с постоянной магнитной проницаемостью улучшает линейность характеристики преобразования на ограниченном участке. Дальнейшее увеличение диапазона линейности характеристики достигается тем, что магнитная проницаемость сердечников преобразователя выполняется переменной, увеличивающейся к периферии, с помощью,например, набора жестко связанных магнитопроводя- щих колец. В результате, по мере вхождения второго сердечника 10 вовнутрь ферромагнитных участков 8 или 9 первого сердечника благодаря увеличению магнитной проницаемости к торцам преобразователя обеспечивается дополнительное увеличение магнитного потока в той из измерительных обмоток, в зоне которой они находятся. Это дополнительно расширяет линейный участок выходной характеристики преобразователя перемещений, т.е. диапазон измеряемых перемещений.

Формула изобретения

1. Трансформаторный преобразователь линейных перемещений, содержащий размещенные коаксиально обмотку

7 152

возбуждения, две включенные по разностной схеме измерительные обмотки и установленньй с возможностью перемещения вдоль их продольной оси ферромагнитньй сердечник с переменной магнитной проницаемостью, имею- 1ЦИЙ в своей средней части хотя бы одну немагнитную вставку между двумя ферромагнитными участками, о т л и - чающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения путем коррекции нелинейности на краях этого диапазона, он снабжен вторым

8

ленным коаксиально с первьм и с возможностью перемещения во взаимно противоположных направлениях относительно него, а первый сердечник выполнен полым и имеет длину немагнитной вставки, превышающую длину второго сердечника.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что ферромагнитные участки первого сердечника и/или второго сердечника выполнены в виде набора колец с увеличивающейся магнитной проницаемостью в направ

Изобретение относится к измерительной технике. Цель - расширение диапазона линейного преобразования перемещений трансформаторного преобразователя. Он содержит первичную обмотку 3 возбуждения и две дифференциально включенные измерительные обмотки 4 и 5, расположенные коаксиально и закрепленные в корпусе 1, а подвижная часть выполнена в виде двух сердечников 6 и 10, установленных с возможностью перемещения во взаимно противоположных направлениях и выполненных в виде коаксиально размещенных полого ферромагнитного цилиндра с немагнитной вставкой 7 в его средней части и ферромагнитного сердечника с немагнитными краевыми участками. Ферромагнитные участки 8 и 9 первого сердечника 6, а также ферромагнитная часть второго сердечника 10 могут быть выполнены в виде набора колец или дисков с увеличивающейся магнитной проницаемостью в направлении к торцам преобразователя. Благодаря этому при их взаимном перекрытии в процессе работы преобразователя обеспечивается компенсация ослабления рабочего магнитного потока на краях диапазона преобразования, обусловленного краевыми эффектами. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

ферромагнитным сердечником, установ- 5 лении к торцам преобразователя,

Шиг.г