Трансформаторный датчик угла поворота Советский патент 1992 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено, в частности, для преобразования угла поворота балансира нефтедобывающего станка в пропорциональное ему напряжение при телеконтроле работы глубинных танговых насосов.

Известен трансформаторный датчик угла поворота, состоящий из ферромагнитного цилиндрического ротора, ферромагнитного статора, выполненного в форме полого цилиндра, и торцевыми крышками с размещенными на них обмотками возбуждения и измерения, а также двумя парами полукруглых экранирующих пластин, причем одна пара расположены на внутренних поверхностях крышек статора, а вторая - на

плоских торцах ротора диаметрально противоположно продольной оси датчика.

Наличие четырех экранирующих пластин непосредственно в зоне рабочего зазора между торцевыми плоскостями ротора и статора приводит к возрастанию потоков выпучивания, что заметно снижает чувствительность и линейность рабочей характеристики датчика.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является трансформаторный датчик угла поворота, содержащий полый цилиндрический статор с ферромагнитными крышками на его торцах, в одной из которых выполнены два кольцевых и п радиальных пазой/п 2, 3, 4...), в которых уложены обмотка возVJ

ON 00 Ю

сл

го

буждения (по кольцевому пазу большего диаметра) и (h -1) последовательно и согласно соединенных секций измерительной обмотки, каждая из которых размещена в соответствующем секторе торцевой крышки и имеет число витков, изменяющееся в арифметической прогрессии в зависимости от номера секции, а насаженный на стальную ось (вал) ротор выполнен однополюсным с поперечным сечением сектора, равным п-й части круга,

Отсутствие элементов экранирования на боковых участках ротора приводит к существенному возрастанию потоков выпучивания, способствующему снижению чувствительности датчика и возрастанию нелинейности его характеристики преобразования, а стальной вал ротора шунтирует боковой рабочий зазор, что также ослабляет чувствительность датчика.

Целью изобретения является повышение чувствительности и надежности датчика, а также увеличение линейности его выходной характеристики.

Указанная цель достигается тем, что в трансформаторном датчике угла поворота, содержащем стаканообразный статор с кольцевой ферромагнитной вставкой и торцевой крышкой, имеющей два кольцевых и несколько радиальных пазов, разделяющих крышку на сектора, размещенную в кольцевом пазу большего диаметра обмотку возбуждения, а в смежных секторах из кольцевых и радиальных пазов секции измерительной обмотки, вал и закрепленный на нем однополосный ферромагнитный ротор с поперечным сечением в виде сектора, укладывающемся п раз (где п 2,3,4...) в круг того же радиуса и имеющем длину полюса, равную длине дуги одного из секторов торцевой крышки, он снабжен двумя экраниру- ющими пластинами, выполненными из электропроводного немагнитного материала и закрепленными на боковых прямоугольных сторонах полюса ротора, секции измерительной обмотки выполнены с одинаковым количеством витков, соединены встречно-последовательно и уложены в двух равных по площади смежных секторах крышки, число радиальных пазов равно двум при п 2 и трем при п 2, а вал выполнен из электропроводного немагнитного материала.

На фиг,1 представлен трансформаторный датчик угла поворота в сечении по его поперечной оси; на фиг.2 размещение обмоток на крышке статора (приведен пример для п 3); на фиг.З - форма поперечного сечения ротора (также для ц 3).

Трансформаторный датчик угла поворота содержит металлический, например, стальной, статор 1, выполненный в форме стакана с кольцевой ферромагнитной вставкой 2 и торцевой ферромагнитной крышкой 3 и двумя кольцеообразными и тремя радиальными пазами, в которые укладываются обмотки возбуждения 4 и две последовательно-встречно выполненные секции 5 измерительной обмотки. Однополюсный ферромагнитный ротор 6 с поперечным сечением в виде сектора, к боковым плоским участкам которого крепятся экранирующие немагнитные пластины 7 прямоугольной

формы и высокой проводимости, а сам ротор 6 крепится к выполненному из немагнитной стали валу 8, например, посредством винта 9 и эпоксидной смолы с отвердителем. Число максимумов выходно-.

го напряжения при повороте ротора на 360° равно числу минимумов и для двух секций измерительной обмотки равно двум.

Наиболее удобно для практики, когда а 2, 3 (иногда 4) и одна пара секций измерительной обмотки. Рассмотрим вариант, соответствующий п 3.

Трансформаторный датчик угла поворота, содержащий стаканообразный статор с кольцевой ферромагнитной вставкой и торцевой крышкой, выполненными из порошковой стали, выстрочанные в крышке пару кольцевых и радиальные пазы, обмотку возбуждения, размещенную в кольцевом пгзу большего диаметра, в смежных секторах из

радиальных и кольцевых пазов пару встречно включенных.

Датчик работает следующим образом. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения 4, пересекает рабочие воздушные зазоры - торцевой (между крышкой 3 и оперечной секторной поверхностью ротора 6) и радиальной (между внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями вставки 2 и ротора 6. При совпадении сектора ротора 6 с участком (сектором) торцевой крышки 3, не охваченном секцией 5 измерительной обмотки, ЭДС в последней будет равна нулю. При повороте ротора -на угол О ijj 120° магнитный поток проходит через схему одну из секций 5 обмотки измере- ния, наводя с ней ЭДС, а поскольку распределение индукции в боковом зазоре близко к равномерному, то выходное напряжение U2 будет возрастать пропорционально углу поворота ротора в диапазоне 0-120°. При 1/ 120° напряжение и: 1)2мах (фиг.4), а для 120° tp 180° будет уменьшаться от иамах до 0. При дальнейшем изменении 1/;от 180° до 360° зависимость U ($

будет симметрично расположенной (фиг.4), причем чувствительность датчика в диапазоне 120 1р 240° в два раза выше, чем в диапазонах .

О гр 120° и 240°

Выполнение ротора и крышки из порошковой стали резко уменьшает потери в магнитопроводе, однако значительно повышает выпучивание магнитного потока в зо- не полюса ротора, поскольку магнитная проницаемость порошковой стали примерно на два порядка ниже магнитной проницаемости стали трансформаторной. Поток выпучивания приводит к возвращению не- линейности рабочей характеристики датчика, поэтому размещение экранирующих пластин 7 на плоских боковых участках ротора и выполнение вала ротор 8 из немагнитного материала следует рассматривать не только как факторы снижающий выпучивание потока, но и как фактор, способствующий существенному выравниванию индукции в зоне рабочего потока, что приводит к линеаризации рабочей характери- стики и повышению чувствительности датчика. Кроме того, выполнение однополюсного ротора из двух частей полюса из порошковой стали и вала, например, из немагнитной стали скрепленных посредством винта и эпоксидной смолы с отвердителем, повышает надежность ротора по сравнению с ротором известного датчика.

Формула изобретения Трансформаторный датчик угла поворота, содержащий стаканообразный статор с кольцевой ферромагнитной вставкой и торцевой крышкой, имеющей два кольцевых и несколько радиальных пазов, разделяющих ее на секторы, размещенные в смежных секторах крышки секции измерительной обмотки, и размещенную в ее кольцевом пазу обмотку возбуждения, вал и закрепленный на нем однополюсный ферромагнитный ротор с поперечным сечением в виде сектора, укладывающимся п раз, где п 2 3,4..., в круге того же радиуса и имеющим длину дуги полюса, равную длине дуги одного из секторов торцевой крышки, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности датчика, а также увеличения линейности выходной характеристики за счет уменьшения магнитных потоков выпучивания, он снабжен двумя экранирующими пластинами, выполненными из немагнитного электропроводного материала и закрепленными на боковых прямоугольных сторонах полюса ротора, секции измерительной обмотки выполнены с одинаковым количеством витков, соединены встречно-последовательно и уложены в двух равных по площади смежных секторах крышки, число радиальных пазов в ней равной двум при п - 2 и трем при п 2, а вал выполнен из электропроводного немагнитного материала.

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение чувствительности и надежности трансформаторного датчика угла поворота. Сущность: станкообразный ферромагнитный статор закрыт торцевой крышкой, имеющей на внутренней поверхности кольцевые и радиальные пазы, разделяющие ее на п-секто- ров, где h 2. В кольцевом пазу размещена обмотка 4 возбуждения, а в пазах смежных секторов-секций обмотки возбуждения, соединенные встречно-последовательно. На немагнитном валу закреплен однополюсный ферромагнитный ротор с длиной дуги полюса, равной длине дуги одного сектора крышки. Две экранирующие электропроводные пластины закреплены на боковых прямоугольных сторонах полюса ротора, обеспечивая уменьшение потоков выпучивания, что повышает линейность выходной характеристики датчика. Эта характеристика, имеющая вид треугольной функции имеет вдвое более высокую крутизну на участке 120-180° угла поворота ротора по сравнению с участком 0-120°. 4 ил. (Л

4.

/.-с

5

i.

Фъ-L. 2

30 НО МО 2&0 Фиг, 4

. 3

П W

360