Преобразователь линейных перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/10 

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин электрическими методами, точнее к измерителям перемещений в экранированной области индукционным методом.

Для измерения больших линейных перемещений применяются датчики линейных перемещений (ДЛП) с магнитной системой О-образной конструкции с постоянным рабочим зазором рассеяния, подвижным экраном, равномерно распределенной обмоткой возбуждения и с сосредоточенными измерительными обмотками, расположенными на концах магнитопроводэ и включенными дифференциально. В конструкциях ДЛП с

подвижным сердечником и подвижным экраном помимо обмоток возбуждения и измерительных обмоток содержатся дополнительные обмотки, суммарное сопротивление которых при перемещении экрана остается практически неизменным.

Недостатком этих преобразователей является то, что эти преобразователи не могут быть использованы для измерения линейных перемещений в полностью экранированных средах, например, в условиях высоких давлений, агрессивных, взры- вооасных и радиоактивных сред. Кроме того, е этих преобразователях измерительные обмотки располагаются непосредстvj

сл

со

ГО СЛ

со

венно в зазоре над сердечником и экраном, что иногда по условиям эксплуатации недопустимо; при увеличении скорости перемещения сердечника или экрана появляется ЭДС помехи за счет влияния остаточной намагниченности ферромагнитной части сердечника.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является преобразователь линейных перемещений, содержащий цилиндрический корпус с кольцевыми вытачками, в одной из которых размещены две сигнальные обмотки, соединенные встречно-последовательно, а во второй - обмотка возбуждения, источник переменного напряжения, конденсатор и подвижный сердечник.

Недостатком преобразователя является невозможность его использования для измерения перемещений в полностью экранированной области в указанных выше условиях эксплуатации.

Цель изобретения - расширение области применения преобразователя линейных перемещений за счет обеспечения возможности измерения в полностью экранированных средах, в условиях высоких давлений, агрессивных,взрывоопасных и радиоактивных сред

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе линейных перемещений, содержащем цилиндрический корпус с кольцевыми вытачками, в одной из которых размещены две сигнальные обмотки, соединенные встречно-последовательно, а во второй - обмотка возбуждения, источник переменного напряжения, конденсатор, подвижный сердечник, кольцевые вытачки выполнены концентричными, ступенчато сопряженными, преобразователь снабжен источником постоянного напряжения, резистором, усилителем и обмоткой обратной связи, первый выход источника постоянного напряжения соединен через резистор с первой обкладкой конденсатора и первым выводом обмотки возбуждения, первый вывод обмотки обратной связи соединен с инвертирующим входом усилителя, выход которого соединен со второй обкладкой конденсатора, а прямой вход - с первым выходом источника переменного напряжения, вторые выходы источников и выводы обмоток обратной связи и возбуждения объединены и соединены с одним из концов встречно-соединенных сигнальных обмоток, сигнальные обмотки размещены в вытачке меньшего диаметра, обмотка возбуждения и обмотка обратной связи в вытачке большого диаметра, а концы сигнальных обмоток являются выходом преобразователя.

Сущность изобретения заключается в том, что при определенной величине намагничивающего тока, экранирующий участок магнитной цепи, имеющий наименьшее поперечное сечение входит в режим магнитного насыщения, при этом остальные участки магнитной цепи находятся в ненасыщенном

0 состоянии, имеет место локализация магнитного поля на экранирующем участке и создаются условия для формирования сигнала на сигнальных обмотках. Возбуждение преобразователя линейных перемещений с

5 использованием обмотки обратной связи, намотанной одновременно двойным проводом с обмоткой возбуждения, позволяет обеспечить постоянство потокосцепления обмотки возбуждения, а следовательно,

0 уменьшает влияние температуры на метрологические характеристики преобразователя перемещений,

На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого преобразователя линейных

5 перемещений; на фиг. 2 - электрическая схема преобразователя.

Преобразователь линейных перемещений (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из магнитомягких

0 сталей, с кольцевыми вытачками 2 и 3, в которых размещены обмотка 4 возбуждения, обмотка 5 обратной связи и сигнальные обмотки 6 и 7. Обмотка 4 возбуждения и обмотка 5 обратной связи намотаны одно5 временно двойным проводом для повышения температурной стабильности характеристики перемещения, Сердечник 8 установлен в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения. Глубина

0 вытачки 3 такова, что толщина экранирующего участка 9 корпуса должна обеспечивать необходимые условия эксплуатации, С ростом толщины участка 9 увеличивается экранирующее действие его и снижается

5 чувствительность преобразователя. Обмотка 4 возбуждения через разделительный конденсатор 10 (фиг, 2) подключается к выходу операционного усилителя 11,неинвертирующий вход которого подключен к

0 генератору 12 переменного напряжения, а - инвертирующий вход - к обмотке 5 отрицательной обратной связи. Обмотка 4 возбуждения через ограничивающее сопротивление 13 подключается также к источнику 14

5 постоянного напряжения. Сигнальные обмотки 6 и 7 включены последовательно встречно. Стенка цилиндрического корпуса 1 под обмоткой 4 выполняет роль внутреннего магнитопровода, остальная часть - роль внешнего магнитопровода. Кольцевые

вытачки 2 и 3 сверху закрываются крышкой 15. Преобразователь представляет замкнутую осесимметричную магнитную цепь с переменным поперечным сечением. Наименьшее поперечное сечение имеет экранирующий участок 9, на котором расположены сигнальные обмотки 6 и 7.

Преобразователь линейных перемещений работает следующим образом.

При определенной величине намагничивающего тока или МДС обмотки 4 участок магнитной цепи 9, имеющий наименьшее поперечное сечение и расположенный под сигнальными обмотками 6 и 7, входит в режим магнитного насыщения, при этом остальные участки магнитной цепи находятся в магнитоненасыщенном состоянии. Этот режим является рабочим режимом для данного устройства. В этом случае дифференциальная магнитная проницаемость /UD магнитонасыщенного участка 9 стремится к проницаемости вакуума ju0, а дифференциальная магнитная проницаемость остальных участков магнитной цепи остается много больше /г0. Поэтому участок 9 обладает сравнительно невысоким экранирующим действием для переменной составляющей магнитного поля, создаваемой обмоткой 4 при питании ее от источника 12 переменного напряжения, частота которого выбирается таким образом, чтобы глубина проникновения электромагнитного поля на этой частоте превышала толщину экранирующего слоя, При смещении сердечника степень экранирования поля возбуждения одной обмотки возрастает, другой - уменьшается, и разностная ЭДС на выходе преобразователя становится пропорциональной величине перемещения.

Возбуждение преобразователя перемещений с использованием обмотки 5 обратной связи, намотанной одновременно двойным проводом с обмоткой А возбуждения, позволяет при достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 11 обеспечить постоянство потокосцепления обмотки возбуждения, а следовательно, уменьшает влияние температуры на метрологические характеристики преобразователя перемещений. Так как при некотором отклонении параметров обмотки возбуждения, обусловленном изменением температуры, будет появляться управляющее воздействие Ди между входами усилителя 11, стремящееся так изменить скорость нарастания тока возбуждения, чтобы напряжение обмотки обратной связи U0c приближалось к напряжению на инвертирующем входе усилителя UBx.

Предлагаемый преобразователь позволяет производить измерения линейных перемещений в полностью экранированных средах, что имеет преимущества по сравнению с известными преобразователями, так как появляется возможность осуществлять измерения в условиях высоких давлений, в

агрессивных, взрывоопасных и радиоактивных средах и применять его на предприятиях химической промышленности и в других отраслях.

Формула изобретения

Преобразователь линейных перемещений, содержащий цилиндрический корпус с двумя кольцевыми выточками, в одной из которых размещены две сигнальные обмотки, соединенные встречно последовательно, а во второй - обмотка возбуждения, источник переменного напряжения, конденсатор подвижный сердечник, отличающийся тем, что с целью расширения ,

области применения, кольцевые выточки выполнены концентричными,ступенчато сопряженными преобразователь снабжен источником постоянного напряжения, резистором, усилителем и обмоткой обратной связи, первый выход источника постоянного напряжения соединен через резистор с первой обкладкой конденсатора и первым выводом обмотки возбуждения, первый вывод обмотки обратной связи соединен с инвертирующим входом усилителя, выход которого соединен с второй обкладкой конденсатора, а прямой вход - с первым выходом источника переменного напряжения, вторые выходы источников и выводы

обмоток обратной связи и возбуждения объединены и соединены с одним из концов встречно соединенных сигнальных обмоток, сигнальные обмотки размещены в выточке меньшего диаметра, обмотка возбуждения

и обмотка обратной связи - в выточке большого диаметра, а концы сигнальных обмоток являются выходом преобразователя.

« 63V97

Использование: при измерении неэлектрических величин электрическими методами, измерении перемещений в экранированной области индукционным методом. Преобразователь позволяет осуществлять измерения линейных перемещений в условиях высоких давлений, агрессивных, взрывоопасных и радиоактивных сред. Обмотка 4 возбуждения через разделительный конденсатор 10 подключается к выходу операционного усилителя 11, неинвертирующий вход которого подключен к генератору 12 переменного напряжения, а инвертирующий вход - к обмотке 5 отрицательной обратной связи. Обмотка 4 возбуждения через ограничивающее сопротивление 13 подключается также к источнику 14 постоянного напряжения. При определенной величине намагничивающего тока или ЭДС обмотки 4 участок 9 магнитной цепи, имеющий наименьшее поперечное сечение и расположенный под сигнальными обмотками б и 7, входит в режим магнитного насыщения, имеет место локализация магнитного поля на участке 9. При смещении сердечника степень экранирования поля возбуждения одной обмотки возрастает, другой уменьшается, и разностная ЭДС на выходе преобразователя перемещения увеличивается. 2 ил. сл С

&

.- NЈ

жшш

с

12

Фкг.1

Фиг. 2