Преобразователь угол-напряжение Советский патент 1981 года по МПК G01B7/30 G01D5/20 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и автоматике, в частности к устройствам для преобразования углового перемещения в электрический сигнал, контроля или измерения угловых размеров, и может быть использовано в металлургической химической, нефтехимической, атомной промышленностях и в ряде отрасле машиностроения. Известен индукционный бесконтактный преобразователь, содержащий кЬль цевой статор с выходной обмоткой и безобмоточный ротор с явновыр аженным полюсом. Между статором и ром установлен стержневой магнитопро вод с обмоткой возбуждения. Статор выполнен с одним пазом, в которрм размещена кольцевая выходная обмотка, а полюс ротора расположен против торца статора 1. Недостатками этого преобразовател являются низкая чувствительность за счет большого сопротивления воздушного зазора, которое являетсяпостоянной величиной, не зависящей от угла поворота ротора, и за счет использования одинарной недифференциальной) конструкции. Наиболее близким по техническоп сущности к предлагаемому является преобразователь угол-напряжение, содержащий статор с явновыраженным полюсом и с размещенной на нем обмоткой управления, секционированную рабочую обмотку, секции которой расположены по разные стороны от полюса статорэ, и ротор с явновыраженным полюсом. Секции рабочей обмотки преобразователя соединены последовательно-встречно. Преобразователь имеет широкий диапазон контролируемых угловых перемещений 23. Недостатком этого преобразователя является малая чувствительность за счет большого влияния магнитного сопротивления воздушного зазора, которое является постоянной величиной, не зависящей от угла поворота ротора. Цель изобретения - повышение чувствительности при сохранении широкого диапазона угловых перемещений. Поставленная цель достигается тем, что в статоре выполнены отверстия, оси которых, параллельны его продольной оси и симметрично расположены относительно его полюса, и сквозной винтовой паз, начало и конец котороfo размещены на торцовы:; частях статора вблизи отверстий, а рабочая обмотка выполнена четырехсекционной, две секции которой намотаны на участки статора между его внутренней поверхностью и отверстиями, а две другие - между его внешней поверхностью и отверстиями. Кроме того, участки статора вокруг отверстий выполнены из материгша с прямоугольной петлей гистерезиса. На фиг, 1 представлен преобразова тель угол-напряжение; на фиг. 2 статор, общий вид; на фиг. 3 - развертка цилиндрической поверхности статора. Преобразователь угол-напряжение содержит статор 1с явновыраженным .полюсом 2, на котором размещена обмотка 3 управления, и ротор 4 с.явновыраженным полюсом 5. Статор 1 выполнен с отверстиями б и 7, оси которых Параллельны его продольной оси расположенными симметрично относител но полюса 2 статора 1. На статоре 1 размещена четырехсекционная рабочая обмотка, секции 8-11 которой располо жены по две 8, 9 и 10, 11 с разных сторон от полюса 2 статора 1. При этом секции 8 и 10 охватывают участки статора 1 между -его внешней поверхностью ,и отверстиями 6 и 7, а секции 9 и 11 - участки статора 1 ме ду его внутренней поверхностью и отверстиями 6 и 7. . Статор 1 выполнен со сквозным вин товым -пазом 12, начало и конец которого расположены на торцовых частях статора 1 вблизи отверстий 6 и 7. Насыщаемые участки 13 и 14 статора 1 возле отверстий 6 и 7 выполнены в виде тороидов из быстронасыщающего ся магнитного материала, в частности пермаллоя. При этом могут быть использованы тороидальные сердечники, серийно выпycкae we проиьпиленностью. Остальная часть статора 1 выполнена из электротехнической стали. Секции 8-11 рабочей обмотки могут быть включены в любую из известных схем соединения рабочих обмоток маг. нитных усилителей, в частности в мос товую схему. При этом секции В, 9 и 10, 11 рабочих обмоток, расположен ные с одной стороны полюса 2 статора 1i включаются в противоположные плечи моста. . Преобразователь работает следующи образом. При подключении секций 8-11 рабочей обмотки к источнику напряжения, переменного тока в насыщенных участках 13 и 14 статора 1 вокруг отверстий 6 и 7 возникает рабочий магнитный поток Фрак, При подаче постоянн го напряжения на объютку 3 управлени создается магнитный поток управлени ЧПР который разделяется на два пр тивоположно направленных магнитных потоко и Ф,прпр ответвляющихся, соответственно, в левую и правую части статора 1, Секции 8 и 11 рабочей обмотки пронизывают суммарный магнитный поток: секцию 8 - прл /секцию 11 - Фрс(р + секции 9 и 10 - разностный; секцию 9 - Фрйр - vnpA секцию 10 Фраг - Ninpnp В нулевом положении полюса 5 ротора 4, при совпадении его оси с осью полюса 2 статора 1, магнитные потоки управления, замыкающиеся по левой чпрл) Рзвой{Ф „р „р ) частям статора, равны, поэтому выходной сигнал преобразователя равен нулю. Вследствие выполнения статора 1 со сквозным пазом 12 по винтовой линии (фиг. 2) магнитные потоки управления , разветвляклциеся в правую и левую части статора относительно его полюса, проходят не через всю площадь сечения воздушного зазора между статором 1 и полюсом 5 ротора 4, а через ее часть (фиг. 3), так как магнитное сопротивление паза 12 намного больше сопротивления магнитопровода. Магнитный поток управления, ответвляющийся в левую часть статора относительно его полюса, проходит через насыщаемой участок 15 плоп1ади сечения воздушного зазора между статором 1 и полюсом 5 ротора 4, а поток, ответвляющийся в правую часть статора, - через насьпцаемый участок 16 площади сечения воздушного зазора. Магнитное -сопротивление воздушного зазора между полюсом 5-ротора 4 и статором 1 обратно пропорционально сечения, пронизываемой магнитным потоком управления, . При повороте ротора 4, например, влево, происходит увеличение площади Зцд , пронизываемой магнитным потоком управления ответвляющимся в лев5 часть статора 1, и уменьшение ее 5р для Ф,„р„ (фиг. 3). / В результате происходит перераспределение магнитных потоков управления, ответвляющихся в разные стоРОНЫ, в зависимости- от пронизываемой ими площади S, и,следовательно, от угла d поворота ротора 4, При увеличении потока управления т благодаря насыщению участка 14 статора 1 вокруг отверстия 7 под действием двух потоков Фра и Ф.д полезная мощность, выделяемая в секциях 8 и 9 рабочей обмотки, растет вследствие увеличения интервала времени в каждом полупериоде рабочего напряжения, при котором реактивное сопротивление секций 8 и 9 рабочей обмотки минимально. Реактивное сопротивление (Ьекций 8 и 9 рабочей обкютки уменьшается пропорционально величине потока управления, а секций 10 и 11 увеличивается, и на выходе мостовой схемы появляется выход ной сигнал, пропорциональный углу di поворота ротора 4, Таким образом, выполнение статор с отверстиями, оси которых napartлельны его продольной оси, симметрич но расположенными относительно его полюса, и расположение двух секций рабочей обмотки на участках статрра между его внутренней поверхностью и отверстиями позволяет изменять степень насыщения магнитопровода вокруг отверстий путем подмагничивания его постоянным током, т.е. использовать магнитоусилительный принцип дей ствия, что увеличивает выходной элек трический сигнал на единицу угла поворота ротора, повышая этим чувствительность преобразователя при сохранении широкого диапазона угловых перемещений. Выполнение участков статора вокруг отверстий из материсша с прямоугольной петлей гистерезиса уменьшает необходимый для насыщения маг нитный поток управления, что также, повышает чувствительность преобразователя при сохранении широкого диапазона угловых перемещений. Формула изобретения 1. Преобразователь угол-напряжение, содержащий статор с явновыраf/

«

10

.1 женным полюсом с размещенной на Нем обмоткой управления, секционирю ванную рабочую обмотку, секции которой расположены по разные стороны от полюса статора, и ротор с явновыраженным полюсом, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности при сохранении широкого диапазона угловых перемещений, в статоре выполнены отверстия, оси которых параллельны его продольной оси и симметрично расположены относительно его полюса, и сквозной винтовой паз, начало и конец которого размещены на торцовых частях статора вблизи отверстий, а рабочая обмотка выполнена четырехсекционной, две секции которой намотаны на участки статора между его внутренней поверхностью и отверстиями, а две другие - между его внешней поверхностью и отверстиями. 2. Преобразователь по п. 1, о т л и чающийся тем, что участки статора вокруг отверстий выполнены из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 392337, кл. G 01 D 5/20, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 517781, кл. G 01 В 7/30, 1976 (прототип).