Трансформаторный датчик перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для телеизмерений угла поворота балансира или усилия нефтедобывающего станка-качалки.

Известен трансформаторный преобразователь линейных и угловых перемещений, содержащий два неподвижных, коаксиаль- но расположенных цилиндрических магни- топровода одинаковой длины; расположенный в зазоре между ними гладкий ферромагнитный ротор, размещенные в кольцевой проточке одного из магнитопро- водов первичная и вторичная обмотки дли измерения линейных перемещений и размещенные в двух продольных пазах другого

магнитол ровода первичную и вторичную обмотки для измерения угловых перемещений

11

Наиболее близким к заявленному известен трансформаторный датчик угла поворота, содержащий ферромагнитный цилиндрический ротор, ферромагнитный статор, выполненный в виде полого цилиндра с торцовыми крышками, и размещенные на нем обмотки возбуждения и измерения

га.

К его недостаткам следует отнести зависимость индуктивного сопротивления обмотки возбуждения от угла поворота ротора, что может привести к зависимости чувствительности датчика от угла поворота

аOJ

ho

Qv

ротора, т. е. к нелинейности рабочей характеристики датчика. Кроме того, необходимость размещения обмоток на обеих крышках статора приводит к некоторым конструктивным недостаткам, например к определенному неудобству соединения между собой измерительных и силовых обмоток датчика.

Целью изобретения являемся расширение функциональных возможностей за счет измерения не только угловых, но и малых линейных перемещений.

Цель достигается тем, что трансформаторный датчик перемещений, содержащий ферромагнитный статор, выполненный в виде полого цилиндра и расположенных в его торцах крышек, размещенную в кольцевых пазах, которые выполнены на внутренних поверхностях крышек, пару согласно соединенных обмоток возбуждения, пару измерительных обмоток, размещенные в центрах крышек подшипники, установленную с возможностью вращения немагнитную ось и закрепленный на ней дисковый ротор, выполненный из прессованного ферромагнитного порошка и имеющий на своих торцовых поверхностях закрепленные косо- симметрично полукруглые электропроводные пластины, снабжен двумя эластичными манжетами, размещенными в центрах крышек, на внутренних поверхностях каждой из крышек выполнены вторые кольцевые пазы другого диаметра и по одной паре радиальных пазов, расположенных диаметрально противоположно и соединяющих между собой оба кольцевых паза, каждая из измерительных обмоток выполнена в виде двух плоских полукруглых полуобмоток, которые размещены в кольцевых и радиальных пазах соответствующей крышки с возможностью попарного переключения полуобмоток со встречно-последовательного на согласно-последовательное соединение и синхронного с ним переключения пар полуобмоток с последовательного соедине- нияТ)а § СТрМное, а немагнитная ось выпол- ненй с утолщенным участком в средней части, который оперт с обеих сторон на эластичные манжеты.

На фиг. 1 изображен трансформаторный датчик перемещений; на фиг. 2 - крышка датчика; на фиг. 3 и 4 - схемы соединений обмоток датчика при его работе в качестве датчика усилий и датчика угла поворота соответственно.

Датчик содержит ферромагнитный статор 1, выполненный в виде кольца, выточенного из сплошной стали, ротор 2 и две крышки 3 и 4, выполненные прессованием из порошковой стали. Крышки крепятся

винтами г. статорному кольцу, а ротор насажен на утолщенный участок оси 5, опирающийся со стороны обеих крышек 3 и 4 о вкладыши (упорные подшипники трения) б,

выполненные из немагнитного жесткого материала (например, нержавеющей стали) и опирающиеся в эластичные (например, фторопластовые или резиновые) манжеты 7. На основаниях ротора 2 косо-симметрично за0 креплены две полукруглые пластины 8, выполненные из немагнитного материала с высокой проводимостью. В обеих крышках статора имеются кольцевые пазы 9 и 10 прямоугольного сечения по окружностям боль5 шего и меньшего радиусов, два радиальных паза 11 и 12. расположенных диаметрально противоположно и соединяющих между собой оба кольцевых паза (фиг. 2). В обеих крышках в пазах 9 по окружности большего

0 рздиуса расположены полуобмотки 13 возбуждения (по полуобмотке в каждой крышке), а в пазах по обеим окружностям и диаметру - измерительные полуобмотки 14 (по две полуобмотки в каждой крышке). Обе

5 крышки имеют крепежные головки круглого сечения: левая гладкую и правая с резьбой. Крепежные головки выполняются цилиндрической формы: левая - гладкий выступ на крышке 4 и правая - выступ с

0 резьбой на крышке 3, и используются соответственно при измерении усилий в полированном штоке и угла поворота головки балансира станка-качалки,

Работает трансформаторный датчик

5 следующим образом.

При измерении усилий датчик работает как датчик малых линейных перемещений ротора 2 по оси Z. Полуобмотки 13 возбуждения включаются согласно, измеритель0 ные полуобмотки 14, расположенные в одной крышке, соединяются согласно, а пары полуобмоток, размещенные в разных крышках 3 и 4, - встречно. В результате перемещения ротора 2 по оси Z воздушный

5 зазор с одной торцовой стороны ротора и статора увеличивается, а с другой - уменьшается, что приводит к увеличению суммарного напряжения водной паре полуобмоток и уменьшению в другой и, в конечном счете,

O к изменению результирующего напряжения на выходе датчика, пропорционального перемещению ротора 2 по оси 2. При согласном соединении измерительных полуобмоток 14 в пазах каждой крышки 3 м

5 4 (фиг. 3} поворот ротора 2 практически не влияет на величину выходного напряжения этих полуобмоток, ибо увеличение напряжения одной из них компенсируется уменьшением напряжения другой . Вдобавок ко всему датчик, предназначенный для мзмерения усилий крепится на верхней полке балансира станка-качалки так, что поворот ротора практически не возможен.

При измерении угла поворота трансформаторный датчик работает как преобра- зователь угловых перемещений ротора 2. Полуобмороки 13 возбуждения, как и прежде, включаются согласно, измерительные полуобмотки 14, расположенные в одной крышке, соединяются встречно, а пары полуобмоток, размещенные в разных крышках 3 и 4 - согласно. В результате поворота ротора 2 напряжение в одной из измерительных полуобмоток 14 на каждой половине увеличивается, а в другой - уменьшается и выходное напряжение, равное сумме напряжений обеих пар,изменяется пропорционально углу поворота ротора 2. При согласном соединении пар измерительных полуобмоток 14, закрепленных в каждой крышке (т. е. при сложении разности напряжений каждой полуобмотки), перемещение ротора 2 по координате 2 не влияет на величину выходного напряжения, ибо при этом уменьшение результирующего напряжения одной пары компенсируется увеличением напряжения другой пари. К тому же датчик при измерении угла поворота крепится так, чтб перемещение ротора 2 по координате Z при этом практически не возможно,

Формула изобретения Трансформаторный датчик перемещений, содержащий ферромагнитный статор, выполненный в виде полого цилиндра и расположенных в его торцах крышек, разме- щенную в кольцевых пазах, которые

выполнены на внутренних поверхностях крышек, пар у согласно соединенных обмоток возбуждения, пару измерительных обмоток, размещенные в центрах крышек подшипники, установленную с возможностью вращения немагнитную ось и закрепленный на ней дисковый ротор, выполненный из прессованного ферромагнитного порошка и имеющий на своих тор цовых поверхностях закрепленные косо-симметрично полукруглые электропроводные пластины, отличающийся там, что, с целью расширения функциональных возможностей са счет измерения не только угловых, но и малых линейных перемещений, он снабжен двумя эластичными манжетами, размещенными в центрах крышек, на внутренних поэерхностях каждой из крышек выполнены вторые кольцевые пазы другого диаметра и по одной паре радиальных пазов, расположенных диаметрально противоположно и соединяющих между собой оба кольцевых паза, каждая из измерительных обмоток выполнена в виде двух плоских полукруглых полуобмоток, которые размещены в кольцевых и радиальных пазах соответствующей крышки с возможностью попарного переключения полуобмоток со встречно-последовательного на согласно- последовательное соединение и синхронного с ним переключения обеих пар пояуобмоток с последовательного соединения на встречное, а немагнитная ось выполнена с утолщенным участком в средней части, который оперт с обеих сторон на эластичные манжеты.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для телеизмерений угла поворота балансира или усилия нефтедобывающего станка-качалки. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей трансформаторного датчика перемещений за счет измерения не только угла поворота, но и линейных перемещений объекта контроля. Датчик содержит статор, выполненный в виде полого цилиндра с торцовыми крышками, а также обмотки возбуждения и измерительные обмотки, уложенные в двух кольцевых пазах обеих крышек и переключаемых попарно встречно или согласно зависимости от измеряемого параметра - угла поворота или линейного перемещения ротора, который выполнен из спрессованного ферромагнитного порошка и имеет на своих торцовых поверхностях закрепленные косо- симметрично полукруглые электропроводные пластины. Немагнитная ось, на которой закреплен ротор выполнена с утолщенным участком в средней части, который оперт с обеих сторон на эластичные манжеты, закрепленные в центрах крышек. 4 ил.

14 15

r-ffVlsf --l

.-чй1,

11

10

V

-П/Н

- i/20ФигЗ

+

UJ-UJ

rvn

Фиг.