Трансформаторный преобразователь линейных перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

1

(21)4828392/28 (22)22.05.91 (46)30.10.92. Бюл. №40

(71)Специальное конструкторское бюро магнитной гидродинамики Института физики АН ЛатвССР

(72)И.П.Квасневский, В.И Якушонок. М.Н.Левин и В.П.Ефимов

(56)Авторское свидетельство СССР N° 1490447, кл. G 01 В 7/00. 1988.

(54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

(57)Изобретение относится к технике измерения линейных перемещений электромагнитными методами в условиях меняющихся и повышенных температур. Цель изобретения - повышение точности за счет исключения погрешности измерений в условиях меняющихся и повышенных температур и повышение линейности характеристики. В устройстве для измерения линейных перемещений обмотку возбуждения выполняют из двух секций, определенным образом располагают их друг относительно друга с определенной взаимосвязью размеров секций и их соединений. Измеряют отношение напряжений в двух разомкнутых контурах в переменном магнитном поле. Разность напряжений секций измерительной обмотки в зоне линейности индукции магнитного поля пропорциональна индукции, не зависит от перемещений и постоянна. 2 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к технике измерения линейных перемещений, и может быть использовано в научных исследованиях, промышленных объектах и объектах атомной энергетики, работающих в условиях повышенных и изменяющихся температур.

Известен трансформаторный преобразователь линейных перемещений по авт. св. № 1490447, который содержит цилиндрический корпус, закрепленную в нем секциони- рованную обмотку возбуждения и размещенную соосно внутри нее измерительную обмотку, установленную с возможностью линейного перемещения, который отличается тем, что, с целью повышения точности измерений за счет повышения линейности характеристики преобразования, обмотка возбуждения выполнена трехсек;

сл

с

ционной, две из секций соединены между собой последовательно-согласно через встречно подключенную с ним третью секцию, длина которой составляет 0,3-0,4 полной длины обмотки возбуждения, а измерительная обмотка выполнена двухсекционной с встречным соединением секций и имеет длину 0,6-0,7 полной длины обмотки возбуждения. Устройство по авт. св. № 1490447 принято за прототип.

Данное устройство имеет следующие недостатки:

бильностей источника питания (хотя бы нестабильности сети в пределах, предусмотренных ГОСТом), Особенно существенен этот недостаток при работе устройства в условиях повышенных и изменяющихся температур. При этом величина магнитного поля изменяется не только в результате существенного изменения омического сопротивления обмотки {в несколько раз), но из-за неизбежного изменения всех линейных размеров элементов преобразователя (диаметров катушек возбуждения и измерительных, расстояний между катушками и т.д.).

Целью настоящего изобретения является повышение точности и линейности характеристики преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что трансформаторный преобразователь линейных перемещений содержит цилиндрический корпус, размещенную в нем двухсекционную обмотку возбуждения, секции которой соединены последовательно- встречно и подключены к источнику переменного тока, подвижный стержень, размещенный соосно с цилиндрическим корпусом и размещенную на нем двухсекционную измерительную обмотку, причем рас- столние между секциями обмотки возбуждения выбрано равным половине среднего диаметра этих секций, секции измерительной обмотки выполнены с наружным диаметром, меньшим или равным половине среднего диаметра секций обмотки возбуждения, а расстояние la между наружными сторонами секций измерительной обмотки выбрано из условия i 0,4 И , где И - расстояние между центрами обмотки возбуждения.

На фиг. 1 представлен преобразователь поперечный разрез); на фиг. 2 - кривая распределения индукции магнитного поля возбуждающей обмотки.

Трансформаторный преобразователь линейных перемещений содержит цилиндрический корпус 1 с закрепленной в нем двухсекционной обмоткой возбуждения с

секциями 2 и 3. Секции 2 и 3 обмотки возбуждения расположены друг от друга на расстоянии 2, равном половине среднего диаметра DCp этих секций, соединены

встречно-последовательно и подключены к источнику переменного тока. Внутри обмотки возбуждения соосно с ней установлен стержень 4, соединенный с контролируемым объектом, и имеющий возможность перемещения, на котором размещена двухсекционная измерительная обмотка, секции 5 и б которой выполнены наружным диаметром dn, равным или меньше половины среднего диаметра Dcp секций 2 и 3 обмотки возбуждения и размером между наружными сторонами

l2 0.4И ,

где И - расстояние между секциями 2 и 3 обмотки возбуждения.

Трансформаторный преобразователь работает следующим образом.

Обмотка возбуждения получает питание от источника переменного тока, и так как секции этой обмотки 2 и 3 соединены встречно-последовательно, она создает магнитное поле, распределение аксиальной составляющей индукции которого вдоль оси

обмоток возбуждения показано на фиг. 2. В результате расчетов на ЭВМ {достаточно просто распределение индукции рассчитывается лишь для случая одновитковых секций обмотки возбуждения) и экспериментальных исследований получено, что при И- 0,5 Dcp зона постоянного градиента индукции магнитного поля максимальна,

В секциях 5 и 6 измерительной обмотки магнитное поле наводит напряжения, величины которых будут пропорциональны вели- чинам магнитного поля в областях расположения этих секций. Если в начальном положении секции 5 и б измерительной обмотки располагаются симметрично относительно секций 2 и 3 обмотки возбуждения, то в них наведутся напряжения, одинаковые по величине и противоположные по фазе. Алгебраическая сумма этих напряжений равна нулю.

При линейном осесимметричном перемещении стержня 4, связанного с контролируемым обьектом, относительно обмотки возбуждения в одной секции измерительной обмотки напряжение возрастает, а в

другой убывает, а их алгебраическая сумма линейно возрастает. Так как обмотка возбуждения создает магнитное поле с постоянным градиентом в области перемещений, то и функция преобразования перемещений в напряжение линейна. Алгебраическая разность напряжений от секций измерительной обмотки постоянна в области постоянного градиента и зависит только лишь от величины магнитного поля. Отношение алгебраической суммы и разности напряже- ний от секций измерительной обмотки пропорционально линейному перемещению контролируемого объекта и не зависит от величины магнитного поля. т.е. предлагаемое решение позволяет существенно уве- личить точность преобразователя линейных перемещений за счет исключения влияния нестабильности магнитного поля.

Таким образом, вышеуказанная совокупность существенных признаков заявляв- мого устройства обеспечивает:

/ / I О

дения) имеет линейность не менее 0,2%. А в области, ограниченной 0,6lf, нелинейность характеристики достигает примерно 1,0.

Формула изобретения

Трансформаторный преобразователь линейных перемещений, содержащий цилиндрический корпус, размещенную в нем двухсекционную обмотку возбуждения, секции которой соединены последовательно встречно и подключены к источнику переменного тока, подвижный стержень, разме- щенный соосно с цилиндрическим корпусом, и размещенную на нем двухсекционную измерительную обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и линейности характеристики преобразования, расстояние между секциями обмотки выбрано равным половине среднего диаметра этих секций, секции измерительной обмотки выполнены с наружным диаметром, меньшим или равным половине среднего диаметра секции обмотки возбуждения, а расстояние 2 между наружными сторонами секций измерительной обмотки выбрано из условия la 0,4 И , где М - расстояние между центрами секций обмотки возбуждения.

/V

//#

Р#/. /