Первичный индукционный преобразователь Советский патент 1993 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может использоваться в качестве измерителя дипольного магнитного момента, а также как безмоментная мера магнитной индукции.

Известен первичный индукционный преобразователь, являющийся наиболее близким техническим решением исодержа- щий соосно размещенные кагушки разных габаритных размеров с последовательно со-, гласным включением катушек меньшего размера и последовательно встречным к ним включением катушек большего размера.

Однако полезный объем сдвоенной системы в сравнении с обычными кольцами Гельмгольца уменьшается более чем на треть, что равносильно увеличению габаритов при том же полезном обьеме. Кроме того, число катушек удваивается, что усложняет конструкцию.

Целью изобретения является уменьшение габаритов при сохранении помехозащищенности.

Поставленная цель достигается тем. что преобразователь, содержащий соосно размещенные катушки разных габаритных размеров с последовательно соглэ сным включением катушек меньшего размера и

последовательно встречным к ним включением катушек большего размера, содержит три катушки, при этом катушка большего размера размещена между двумя катушками меньшего размера, параметры катушек связаны соотношением 2SiWi , где SiWi - площадь и число витков катушек меньшего диаметра, площадь и число витков катушки большего диаметра, при этом катущжи могут быть выполнены круг- лыми, при этом расстояние между катушками меньшего размера равно L (0,395-0,435) D, где D - диаметр катушки большего размера.

На фиг.1 и 2 представлен первичный преобразователь с кольцевыми катушками; на фиг.З - схема соединения катушек преобразователя, где точками показано начал катушек, а стрелками - направление ЭДС, наводимой равномерным магнитным по- лем; на фиг.4 и 5 - преобразователь с квадратными катушками; на фиг.6 и 7 - преобразователь построенный-из седлообразных катушек} на фиг,8 и 9 - преобразователь из катушек сфероидальной формы.

На всех фигурах показаны: катушка меньшего размера 1, катушка большего размера 2 и катушка меньшего размера 3,

Соотношение габаритов катушек большего и меньшего размеров определяется условиями помехозащищенности (безмо- ментности). Расстояние L между крайними катушками определяется условиями исключения сигнала от третьей пространственной гармоники магнитного поля. Сигнал отчет- ных (2-й; 4-й и т.д.) пространственных гар- моник исключается благодаря симметричному расположению одинаковых крайних катушек относительно центральной, -.. .

Для любой кольцевой катушки, расположенной на поверхности сферы с радиусом R ЭДС., наводимая в ней источником, . который находится внутри той же сферы, равна; ,

Е a) W / BR d S - - О) Nfto f /

о о

5 - d S 2 JT.WO со W pip

д

О

) 4-/020 - (сов

3ft

2 FT

cos

- (5 cos4 0 - 6 cos2 0 + 1 )+...

Сложив, с учетом соединения, ЭДС трех катушек и подставляя в формулу их координаты, приведенные к R«, на выходе первичного индуктивного преобразователя получим:

E Ei + Ea-E2 2 TT oftJWfpio

Rk

(

1

- sin

ЗР

+ /Q30

1

.Re 1

ц( 5 sin7 в - 4 sin5 0 --L) + ...,

R2

гдеп,.

Для обеспечения помехозащищенности центральная катушка включена встречно крайним катушкам, а их геометрические размеры связаны соотношением 2SiWi S2W2. Отношение витков в катушках обратно пропорционально отношению площадей

W2 2 Si 2 RJ2

W1 S2 (nRk)2 П2;

Число витков в катушках приняты одинаковыми Wi W2 Wa, т.к. при этом геометрические размеры поперечного сечения обмоток преобразователя меньше всего сказываются на величине его полезного объема. В этом случае п «Г2Тт.е. радиус центральной катушки должен быть в больше радиуса крайних катушек; как у известных систем сдвоенных контуров. На практике обычно допускаются некоторые отклонения от расчетных значений параметров, что связано с технологическими допусками на изготовление и особенностями конструкций каркасов. В размерах .катушек зона допуска может быть определена исходя из требования обеспечения помехозащищенностипротив обычного преобразователя не хуже, чем на порядок, т.е. отношение сигнала помехи в новом преобразователе ЕН к сигналу в базовом непо- мехозащищенном Ес

,1

. tc В данном случае . .

Ен EI + Ез- Е2; Ес EI + Ез; Е2

EI +ЕЗ

Ен

ЕС

1 50

55

п2 Отсюда -0,1 1 - -я- +0,1; или 1,34

п 1,48,т.е. п 1,4±1 5%.

Таким образом, диаметр центральной катушки в 1,34-1,48 раза больше диаметра остальных катушек.

Значение котором сигнал от третьей гармоники исключается из измерений, определяется из условия

5 cos7© -4s n50--V

О

rr

При п ПГрешения уравнения (графически) будет Э 67,5° и, следовательно, расстояние между крайними катушками

°-ЕГ 0,41 Dk

L.

tg fc) Л обеспечивает максимальный полезный объем преобразователя и помехозащищенность (безмоментность).

Зона допуска по углу 0 (или расстоянию L) определяется из тех же соображений при условии, что за базовую берется центральная катушка, у которой э.д.с. от третьей гармоники максимальна, т.е.

Ее (/030 ) К/530

1

3 D3k

Ен (/030 ) К/030

2 nd R

1

R

(5sin70-4 sin50--b).

(5 sin7©- 4 sin5©---)2n3 ±0.1..

EH

Ec

Решая это неравенство (графически) относительно для п 1,34-1,48 получим 66,5° L (0,395-0,435) D«.

Преобразователь может быть построен из катушек квадратной формы (фиг,4 и 5). Катушки меньшего размера 1 и 2 со стороной а, отстоят друг от друга на расстоянии, кртушка большого размера2 состоронойа2.

При условии Wi W2 Л/з; 32 2 а которые обеспечивают помехозащищенность (безмоментность), с учетом зоны допусков для катушек получаем 32 (1,34-1,48) a, L (0,435-0,48) а.

Преобразователь может-быть построен из седлообразных катушек (фиг.6 и 7). Катушки меньшего размера 1 и 3 расположены на цилиндре радиуса R и отстоящие друг от друга на расстоянии L и катушка большего размера 2 расположена в центральной плоскости. Для обеспечения свободного доступа внутрь преобразователя витков в лобовых частях катушки поделены пополам и разведены по цилиндру радиуса Ra симметрично через две стороны.

При условии Wi . Л/2 Wa

50

R2 R V2sinyT Z2 R V2sinp t Отношение размеров большей и мень шей катушек равно

VTsin r-1.27

,55

5

10

15

0

5

0

5

0

5

0

с учетом зоны допусков для геометрических размеров седлообразных катушек получаем

1,21-1,33, 0,4250,467.

Преобразователь, выполненный из катушек сфероидальной формы укладкой частей катушек по линиям и в сферической системе координат (фиг.8 и 9).

Одинаковые катушки: меньшего размера 1 и 3 на сфере меньшего радиуса R, катушка большего размера 2 расположена в центральной плрскости сферы большего радиуса R2.. .

При равенстве проекций площадей центральной 2 и двух остальных катушек 1 и 3 система приобретает свойства помехозащищенности при диаметре сферы, на которой расположена центральная катушка в 1,34 раза больше диаметра сферы, на которой расположены остальные катушки, с учетом зоны допусков на геометрические (угловые) размеры сфероидальных катушек:

1,28-1,41;/ 110-114°;а . 126- .

-130°.

Формула изобретения

1. Первичный индукционный преобразователь, содержащий соосно размещенные катушки разных габаритных размеров с последовательно согласным включением катушек меньшего размера и последовательно встречно к ним включением катушек большего размера, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов при сохранении помехозащищенности, преобразователь содержит три катушки, при этом катушка большего размера размещена между двумя катушками меньшего размера, параметры катушек связаны соотношением 2SiWi SaWa, где SiWi - площадь витков и число витков катушки меньшего габаритного размера; - площадь витков и число витков катушки большего габаритного размера.

2. Преобразователь по п.1, от л и ч а ю- щ и и с я тем, что катушки выполнены с одинаковым числом витков.

3. Преобразователь по п,2, отличающийся тем, что катушки выполнены круглыми, при этом расстояние между катушками меньшего размера равно L (0,395-0,435) D, где D - диаметр катушки большего диаметра.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может использоваться для измерения дипольного магнитного момента, а . ., 2. ..... ... . .;,..; , также как безмоментная мера магнитной индукции. Целью изобретения является уменьшение габаритов при сохранении помехозащищенности. Первичный индукционный преобразователь содержиттри катушки разных габаритных размеров с последовательно согласным включением катушек меньшего размера и последовательно-; встречно к ним - включением катушки большего размера, причем катушка большего размера размещена между двумя катушками меньшего размера, параметры катушек связаны соотношением 2SiWi - .. SiWi - площадь витков и число витков катушки меньшего размера. - площадь витков и число витков катушки большего размера. Возможно выполнение катушек с одинаковым .числом витков, а при выполнении катушек круглыми расстояние L между катушками меньшего диаметра L (0,395-0,435) D, где D - диаметр катушки большего диаметра. 2 з.п.ф-лы, 9 ил.