Трансформаторный датчик для измерения числа витков катушек Советский патент 1975 года по МПК G01R29/20 

1

Изобретение относится к устройствам для контроля числа витков намоточных изделий: катушек трансформаторов, реле, контакторов. Большинство этих устройств основано на компенсационном способе измерения и основной их частью является трансформаторный датчик.

Известны трансформаторные датчики для измерения числа витков катушек, содержашие прямолинейный ферромагнитный разомкнутый сердечник с равномерно распределенной по его длине обмоткой возбуждения и расположенной в средней части сердечника катушкой эталонных витков. Однако такие датчики имеют относительно небольшую длину рабочего участка и значительные погрешности от изменения диаметра витков контролируемых катушек.

Для уменьшения основной погрешности измерения в предлагаемом датчике секции катушки эталонных витков выполнены с одинаковым средним диаметром, равным среднему диаметру диапазона поперечных размеров контролируемых катушек, и размешены концентрично оси сердечника вплотную одна за другой в порядке возрастания числа витков секций так, что ближайшей к контролируемой катушке расположена секция с максимальным числом витков.

Датчик может быть снабжен цилиндрической компенсационной катушкой с равномерно распределенной обмоткой, расположенной в средней части сердечника соосно так, что она охватывает помешенные внутри нее эталонную и контролируемую катушки, а ее обмотка соединена последовательно и согласно с обмоткой возбуждения сердечника.

Такое выполнение датчика позволяет уменьшить погрешность измерения от изменения диаметра контролируемой катушки.

Для уменьшения погрешности измерения от изменения диаметра контролируемой катушки с одновременным увеличением длины рабочей зоны датчика он может быть снабжен компенсационной катушкой с неравномерной, увеличиваюш,ейся к концам катушки обмоткой, расположенной в средней части сердечника датчика и охватывающей помеш,енные внутри нее эталонную и контролируемую катушки.

На фиг. 1 схематично показано расположение секций обмотки катушки эталонных витков относительно друг друга и относительно контролируемой катушки в описываемом датчике; на фиг. 2 - схема включения секций обмотки катушки эталонных витков; на фиг. 3 - схема включения концевых компенсационных катушек; на фиг. 4 - датчик с внешней компенсационной катушкой, охваты0 вающей контролируемую и эталонную катушки; на фиг. 5 - то же, с внешней компенсационной катушкой, имеюш,ей увеличиваюшуюся к концам обмотку.

Датчик содержит сердечник 1 с намотанной на нем равномерно распределенной основной обмоткой 2 возбуждения, катушкой 3 эталонных витков с секциями 4-7 и контролируемой катушкой 8.

Погрешность измерения может быть уменьшена при расположении каждого из участков обмотки секций 4-7 катушки эталонных витков (см. фиг. 2) в одной и той же (для данной секции) области магнитного поля сердечника. Для этого каждая секция вьшолнена путем намотки проводниками одновременно всех составляюш;их ее участков (например, девять проводников для секции, имеющей девять участков). Начала и концы проводников каждого из участков соединены между собой так, чтобы участки секции оказались включенными последовательно и согласно. От точек соединения участков сделаны отводы для подключения секций к переключателям устройства.

Уменьшение погрешности датчика от изменения диаметра витков и длины контролируемых катушек достигается путем выполнения обмоток секций 4-7 катушки эталонных витков (см. фиг. 1) с одинаковым средним диаметром, равным среднему диаметру заданного диапазона размеров контролируемых катушек, а также путем расположения секций вплотную, одна за другой, в порядке уменьшения числа витков секции относительно контролируемой катушки. Например, секция 7 катушки 3, имеющая 1000X9 витков, расположена ближе к контролируемой катушке 8. За этой секцией помещена секция 6, имеющая 100X9 витков, затем секция 10X9 витков и секция 1X9 витков.

Одновременная намотка участков секций обмотки позволяет расположить все участки секций катушки эталонных витков в одном и том же магнитном поле сердечника, что уменьшает и делает одинаковой погрешность каждого участка секции обмотки. Последнее упрощает введение поправок на погрешность секций обмотки и облегчает при необходимости ее компенсацию.

Погрешность измерения датчика зависит также от числа витков эталонной и контролируемой катушек и расстояния между этими катушками. Чем больше число витков и расстояние между катушками, тем выше погрешность, поэтому расположение секций 4-7 катушки 3 относительна контролируемой катушки 8, показанное на фиг. 1, позволяет уменьшить погрешность измерения от изменения длины контролируемой катушки.

Увеличение длины рабочего участка сердечника датчика достигается (см. фиг. 3) путем расположения по обоим концам сердечника 1 с равномерно распределенной основной обмоткой 2 возбуждения двух компенсационных катущек 9 и 10, имеющих неравномерную.

увеличивающуюся к концам сердечника обмотку и включенных последовательно и согласно с обмоткой возбуждения. Одна из катущек, например катушка 10, выполнена съемной для обеспечения возможности установки на сердечник датчика контролируемой катушки 8, имеющей малый внутренний диаметр. Магнитные поля компенсационных катушек 9 и 10, складываясь с нолем обмотки 2 возбуждения, усиливают результируюшее магнитное поле по краям зонда, что, в свою очередь, вызывает увеличение длины рабочего участка датчика.

Погрешность измерения датчика от изменеНИН диаметра контролируемых катущек может быть уменьшена благодаря размещению катушки 3 эталонных витков и контролируемой катушки 8 (см. фиг. 4) внутри цилиндрической комненсационной катушки 11, расположенной

соосно сердечнику 1 и включенной последовательно и согласно с обмоткой 2 возбуждения. Такое расположение и включение компенсационной катушки приводит к снижению основной погрешности измерения датчика. Это

объясняется тем, что в связи с большим общим сопротивлением магнитной цени сердечника 1 значительная часть потока катушки 11 не концентрируется в сердечнике, а распределяется в пространстве между сердечником и

внутренней поверхностью катушки 11 и направлена навстречу потоку рассеяния основной обмотки 2, уменьшая тем самым его вредное влияние на эталонную 3 и контролируемую 8 катушки.

Уменьшение погрешности измерения от изменения диаметра контролируемых катушек с одновременным увеличением длины рабочей зоны датчика достигается также путем расположения катушек 3 и 8 (см. фиг. 5) внутри компенсационной катушки 11, имеющей неравномерную, расширяющуюся к концам катушки обмотку, включенную последовательно и согласно с обмоткой 2 возбуждения сердечника 1. При этом одновременно с комненсацией потока рассеяния обмотки 2 сердечника датчика увеличивается результирующий магнитный поток по краям рабочей зоны, что, в свою очередь, позволяет увеличить ее длину.

Датчик работает следующим образом. Обмотку 2 возбуждения датчика вместе с включенными последовательно и согласно с ней компенсационными катушками 9 и 10 или

9-11 либо только с одной катушкой 11 подключают к источнику переменного тока. Эталонная катушка 3 соединена последовательно и встречно с контролируемой катушкой 8, насаженной на сердечник 1. Переключением числа витков секций 4-7 катушки 3 нри помощи переключателей добиваются равенства э.д.с., наводимых в эталонной и контролируемой катушках магнитным полем сердечника датчика. Равенство а. д. с. отмечается но отсутстВИЮ отклонения нуль-индикатора. При этом

включенное число витков эталонной катушки 3 равно числу витков контролируемой катушки 8.

Предмет изобретения

1. Трансформаторный датчик для измерения числа витков катушек, содержаш.ий прямолинейный ферромагнитный разомкнутый сердечник с равномерно распределенной по его длине обмоткой возбуждения и расположенной в средней части сердечника катушкой эталонных витков, отличающийся тем, что, с целью уменьшения основной погрешности измерения, секции катушки эталонных витков выполнены с одинаковым средним диаметром, равным среднему диаметру диапазона поперечных размеров контролируемых катушек, и размешены концентрично оси сердечника вплотную одна за другой в порядке возрастания числа витков секций так, что ближайшей к контролируемой катушке расположена секция с максимальным числом витков.

2.Датчик поп. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения от изменения диаметра контролируемой катушки, он снабжен цилиндрической компенсационной катушкой с равномерно распределенной обмоткой, расположенной в средней части сердечника соосно так, что она охватывает помещенные внутри нее эталонную и контролируемую катушки, а ее обмотка соединена последовательно и согласно с обмоткой возбуждения сердечника.

3.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения от изменения диаметра контролируемой катушки с одновременным увеличением длины рабочей зоны датчика, он снабжен компенсационной катушкой с неравномерной, увеличивающейся к концам катущки обмоткой,

расположенной в средней части сердечника датчика и охватывающей помещенные внутри нее эталонную п контролируемую катушки.

Фиг.1

i

I V I is i jg 1 I

ji 5z3 Sz

I

Фиг. 2

-ггз

:--:f

о jо1

Фиг л