Трансформаторный датчик линейных перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B7/00 

(5) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для измерения больших перемещений объ ектов. Известен трансформаторный датчик линейных перемещений, содержащий О-об разный магнитопровод, на одном из длинных стержней которого вырезано .четное число пазов, а второй длинный стержень выполнен гладким, обмотки возбуждения, размещенные на коротких стержнях, измерительные обмотки грубого отсчета, размещенные на гладком стержне, и точного отсчета, размещенные на зубцах первого длинного стержня, а также ферромагнитный сердечник устанорленный с возможностью перемещения в зазоре между длинными стержнями и связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом Cl 3Недостатками датчика являются пониженная чувствительность, обусловлен ная размещением измерительной обмотки грубого отсчета на гладком стержне, что требует увеличения ширины магнитного зазора между подвижным сердечником и гладким стержнем, а также большая электромагнитная сила, действующая на подвижный сердечник при перемещении его от зубца к пазу и на- . оборот. Наиболее близким техническим решением к изобретению является трансформаторный датчик линейных перемещений, содержащий параллельно расположенные ферромагнитные гладкий и зубчатый с. нечетным числом зубцов стержни, размещенный на гладком стержне подвижный элемент, связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом, размещенные на четных зубцах зубчатого стержня секции обмотки возбуждения и секции измерительных обмоток грубого и точного отсчета. Подвижный элемент выполнен в виде экрана, а определение положения подвижного элемента производится по сигналам, снимаемым с обмоток грубого и ТОМНОГО отсчета. Зубчатый стержень датчика выполнен сплошным 2 . Недостатком датчика является пониженная точность, обусловленная трудностью балансировки датчика из-за тес ной индуктивной связи между секциями измерительной обмотки и трудностью определения точного положения подвижного элемента относительно измеритель ных обмоток при измерении больших перемещений и соответственно большом количестве зубцов на зубчатом стержне Целью изобретения является повышение точности датчика. Поставленная цель достигается тем, что в трансформаторном датчике линейных перемещений, содержащем параллель но расположенные ферромагнитные гладкий и зубчатый с нечетным числом зубцов стержни, размещенный на гладком стержне подвижный элемент, связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом, размещенные на четных зубцах зубчатого стержня секции обмотки возбуждения и секционированную измерительную обмотку, зубчатый стержень выполнен из набора Ш-образных магнитопроводов, отделенных один от другого немагнитными металлическими пластинами, секции обмотки возбуждения включены согласно, секции измерительной обмотки размещены на зубчатом стержне между зубцами и включены встречно, подвижный элемент выполнен в виде двух жестко закреплен ных одна относительно другой обмоток и двух электрически подключенных каждый к отдельной обмотке трехэлементных реактивных двухполюсников, состав ные элементы которых выбраны такими, что частота резонанса токов в одном из двухполюсников совпадает с частотой резонанса напряжений в другом и наоборот. На фиг. 1 представлена общая схема датчика; на фиг. 2 - схема подвижного элемента; на фиг. 3 рабочая характеристика датчика. о Датчик содержит параллельно расположенные ферромагнитные гладкий стержень 1 и зубчатый стержень 2 с нечетным числом зубцов, выполненный из набора Ш-образных магнитопроводов 3. отделенных один от другого немагнитными металлическими пластинами k, например, медными. На четных зубцах стержня 2 размещены секции обмотки 5 возбуждения, включенные последователь :но. Между зубцами на стержне 2 размещены секции измерительной обмотки 6, включенные встречно. На гладком стержне 1 размещен подвижный элемент 7. связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом (не показан) и выполненный в виде двух жестко закрепленных одна относительно другой обмоток 8 и 9 и двух трехэлементных реактивных двухполюсников 10 и 11, каждый из которых подключен к отдельной обмотке. Элементы двухполюсников выбраны такими, чтобы частота резонанса токов в одном из двухполюсников совпала с частотой резонанса напряжения в другом и наоборот. Датчик работает следующим образом. Датчик подключается к источнику питания (не показан) такой частоты, чтобы одна из обмоток, например обмотка 8 подвижного элемента 7, работала в. режиме, близком к короткому замыканию, а обмотка 9 в режиме, близком к холостому ходу. При перемещении подвижного элемента 7 вдоль гладкого стержня 1 происходит перераспределение магнитного потока, создаваемого обмоткой 5 возбуждения, между секциями измерительной обмотки 6, в результате чего на выходе измерительной обмотки 6 возникает пилообразное напряжение (фиг. 3), регистрируемое вольтметром 12 точного отсчета. Для точного определения положения подвижного элемента 7 относительно секции измерительной обмотки 6 использованы вольтметр 13 грубого отсчета, фазометр It и индикатор 15 с тлеющими цифрами, подключаемые с помощью шагового переключателя 16 к выводам близлежащих секций измерительной обмотки 6. Путем переключения шагового переключателя 16 (автоматически или вручную) добиваются того, чтобы показания вольтметра 13 грубого отсчета были бы отличны от нуля (напряжение, снимаемое с обмоток, будет отлично от нуля на выходе той пары, вблизи которой находится подвижный элемент 7). При этом загорается соответствующая цифра индуктора 15- По показаниям вольтметра 12 точного отсчета положение подвижного элемента 7 уточняется. Однако (фиг. 3) одинаковые показания вольтметра 12 точного отсчета для одного положения шагового переключателя. 16 (на фиг. 3 положение перекЛючателя второе)-могут соответствовать трем положениям подвижного элемента 7 а, б и в. По показаниям фазометра 1 различают положение ел от положений б и в. Положения бив раз личают путем изменения частоты исто ника питания датчика таким образом, чтобы обмотка 8 стала работать в режиме холостого хода,, а обмотка 9 в режиме короткого замыкания, что соответствует кажущемуся перемещению подвижного элемента 7 на расстояние, рав ное расстоянию между электрическими осями обмоток 8 и 9 в сторону обмотки 9- Используя показания вольтметра 12 точного отсчета, далее уточняют положение подвижного элемента 7. Наличие немагнитных металлических пластин k между магнитопроводами 3 позволяет экранировать секции измерйтельных обмоток одна от другой и тем самым упростить и повысить точность балансировки нуля, датчика. Таким образом, экранирование секций измерительной обмотки и обеспечение возможности более точного определения положения подвижного элемента относительно измерительной обмотки по сравнению с использованием для этой цели в известном датчике обмотки грубого отсчета позволяет повысить точность измерений. I Формула изобретения Трансформаторный датчик линейных перемещений, содержащий параллельно расположенные ферромагнитные гладкий и зубчатый с нечетным числом зубцов стержни, размещенный на гладком стержне подвижный элемент, связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом, размещенные на четных зубцах зубчатого стержня секции обмотки возбуждения и секционированную измерительную обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, зубчатый стержень выполнен из набора Ш-образных магнитопроводов, отделенных один от другого немагнитными металлическими пластинами, сек-. ции обмотки возбуждения включены согласно, секции измерительной обмотки размещены на зубчатом стержне между зубцами и включены встречно, подвижный элемент выполнен в виде двух жестко закрепленных одна относительно другой обмоток и двух электрически подключенных каждый к отдельной обмотке трехэлементных реактивных двухполюсников, составные элементы которых выбраны такими, что частота резонанса токов в одном из двухполюсников совпадает с частотой резонанса напряжений в другом и наобо- , рот. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Зарипов М.Ф. Преобразователи, с распределенными параме.тра.ми. М. , Энергия, 1969, с. 61. 2.Авторское свидетельство СССР № 823825, кл. G 01 В 7/00, 1979 (прототип).