Датчик линейных перемещений

Датчик линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ по авт.св. № 929995, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем обеспечения идентичности характеристик преобразования по разным входам датчика, он снабжен магнитопроводящими накладками Г-образного поперечного сечения, размещенньЙ4И на магнитопроводящих пластинах с возможностью перемещения относительно их поверхности . в

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) ())) (5))4 С 01 В 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ".. Q

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 929995 (21) 3724231/25-28 (22) 10.04.84 (46) 23.09.85. Бюл. N 35 (72) В.Н. Желтиков (53) 621.317.39:531.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 929995, кл. С 01 В 7/00, 1980, (54)(57) ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕИЕЩЕНИЙ по авт.св. Ф 929995, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем обеспечения идентичности характеристик преобразования по разным входам датчика, он снабжен магнитопроводящими накладками Г-образного поперечного сечения, размещенньйи на магнитопроводящих пластинах с возможностью перемещения относительно их поверхности, 1 11806

Изобретение относится к измерительной технике, может быть исполь-, зовано для контроля размеров изделий, преимущестBåHíо геометрических параметров отверстий, и является усовершенствованием изобретения по основному авт.св. Ф 929995.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем обеспечения идентичности характеристик преобра- 10 зования по разным входам датчика.

На фиг. 1 показано упрощенное конструктивное выполнение датчика; на фиг.2 — конструкция одного из регулировочных узлов, содержащего магнитопроводящую пластину и Г-образные накладI

Датчик линейных перемещений содержит магнитопровод 1, выполненный в виде пустотелого барабана с центральным стержнем 2, закрепленным на его нижнем основании 3. Верхнее основание 4 барабана выполнено с отверстием, через которое проходит с зазором верхний незакрепленный конец центрального стержня 2. Этот конец центрального стержня, а также боковая цилиндрическая поверхность 5 барабана выступают над его верхним основанием 4. На выступающем конце

ЗО центрального стержня 2 закреплены магнитопроводящие пластины 6, у которых продольные боковые грани параллельны одна другой. Пластины 6 установлены радиально с возможностью З5 перемещения-поворота вокруг оси 00

t барабана в плоскости, параллельной плоскости его верхнего основания 4.

Для этого каждая магнитопроводящая пластина 6 имеет секторный участок, 4О цилиндрическая поверхность которого входит в цилиндрическую расточку верхнего конца центрального стержня

2. Коническая поверхность секторного участка контактирует с конусообраз- 45 ным элементом 7, в котором имеется отверстие под фиксирующий винт 8, На пластинах 6 размещены с возможностью перемещения-поворота вокруг фиксированных осей магнитопроводящие 50 накладки 9, имеющие поперечное сечение Г-образной формы (фиг,2). Короткие площадки накладок 9 в исходном положении прижаты к боковым поверхностям магнитопроводящих пластин 6 55 и не выступают за их нижнюю поверхность. Поэтому в плане наружные продольные боковые грани накладок 9 в

77 исходном положении параллельны одна другой. Штифты 10, вокруг которых могут поворачиваться накладки 9, расположены вблизи от боковых продольных граней пластин 6: один — у свободного, а другой — около закрепленного секторного конца пластины 6.

Нижние поверхности магнитопроводящих пластин 6 и накладок 9 образуют с верхней поверхностью основания 4 магнитопровода рабочие воздушные зазоры.

Обмотка 11 возбуждения датчика размещена в полости барабана магнитопровода 1 и охватывает центральный стержень 2. В каждом рабочем зазоре помещена охватывающая соответствующие магнитопроводящие пластины 6 и накладки 9 вторичная обмотка 12, установленная с возможностью перемещения относительно пластин и связываемая в процессе измерения с контролируемым объектом.

В исходном положении продольные оси симметрии всех пластин 6 параллельны направлениям движения соответствующих вторичных обмоток 12.

Датчик линейных, перемещений работает следующим образом.

При подключении обмотки 1 1 возбуждения к источнику переменного напряжения по ней протекает ток, магнитный поток которого проходит по центральному стержню 2, нижнему ос- нованию 3, боковой поверхности 5 барабана магнитопровода 1, его верхнему основанию 4 и замыкается через воздушные зазоры на пластины 6 и накладки 9. Когда отсутствуют разброс свойств материала деталей магнитопровода, погрешности их изготовления и сборки магнитопровода в целом, индукция в рабочих зазорах постоянна и градиент потока вдоль продольной оси симметрии узлов магнитопроводящих. пластин 6 и накладок 9 также постоянен и одинаков по величине.

В результате величина магнитного потока, пронизывающего вторичные обмотки 12, определяется их удалением от оси ОО барабана. Чем больше это расстояние, тем меньше величина магнитного потока. Благодаря постоянству градиента потока в магнитопроводящих пластинах ЭДС на выходах всех вторичных обмоток 12 линейно связана с их перемещением и при указанных условиях функция преобразо3 вания перемещения в выходную ЭДС по всем входам датчика одинакова

Е (х;)Ь х1+с

1180677 4 пластин 6, что изменяет вид функции преобразования

2

2(" ) "И" + 12 "i+ 1 где x — измеряемое перемещение по

i-му входу;

E (x;) — функция преобразования для случая идеального датчика при исходном положении пластин 6 и накладок 9;

Ь,с — постоянные коэффициенты,. одинаковые для всех входов.

Выходные.ЭДС всех вторичных обмоток 12 не зависят одна от другой, так как изменение положения любой из них не изменяет магнитного потока в пластинах 6 и накладках 9. Фазы выходных ЭДС всех вторичных обмоток не зависят от измеряемых перемещений и совпадают одна с другой. Свойства независимости ЭДС друг от друга и постоянства фазы сохраняются в рассматриваемом датчике и в реальных условиях.

При отклонении пластин 6 от исходного положения изменяется проекция измеряемого перемещения на продольную ось соответствующих пластин 6 и накладок 9; но вид функции преобразования по всем входам не изменяется

Е,.„(x;)=6 cesecg; x, + c<„ Q., ê, +с,.„, где ;„,(К;) — функция преобразования по i-му входу при исходном положении толь- 3 ко накладок 9; о(; — угол между направлением движения вторичной обмотки и осью симметрии пластины 6 4 на i"ом входе, с. — постоянный коэффициент

11 для i-ro входа.

Коэффициенты Ь и,.„в формулах (1) и (2) имеют размерность крутиз- 4 ны преобразования измеряемого перемещения х; в выходную ЭДС, а выражение (2) показывает, что с помощью поворота пластин 6 можно изменять крутизну преобразования независимо 5 по любому входу.

Если пластины 6 находятся в исходном положении, а накладки 9 повернуты вокруг штифтов 10 на небольшие углы; то конфигурация рабочего 5 зазора в плане становится трапециевидной и градиент потока изменяется

I линейно по направлению оси симметрии

5 где BÄ»(x;1- Функция преобразования по

i-му входу при исходном положении пластин 6 и по вернутых накладках 9; м,Ь1,c„ — постоянные коэффициенты функции преобразования для i-го входа.

Значение коэффициента а; ., который определяет степень нелинейности функции преобразования, зависит от вели15 чины угла отклонения накладки 9 от ее исходного положения, а знак этого коэффициента — от того, какая из этих двух пластин в данном узле маг"

20 нитопроводящих пластин отклонена больше. Если конфигурация рабочего зазора в плане: такова, что большее основание трапеции расположено у закрепленного конца пластины 6, то

25 а.<С0, Если большее основание трапеции находится у свободного конца этой пластины, то а 0. Таким обраlg зом, отклонением накладок 9 можно управлять нелинейностью функции преобразования предлагаемого датчика независимо по каждому входу.

В реальном датчике воздействие источников непостоянства градиента потока по каждому входу является случайной многомерной функцией. В ре5 зультате по каждому входу при исходном положении пластин 6 и Г-образных накладок 9 функции преобразования имеют вид (3), причем коэффициенты

b< и с в правой части отличаются от значений Ь и с в выражении (1) на случайную величину первого порядка малости, а коэффициент ц. может

1 иметь любой знак. Регулировкой положения пластин 6 и накладок 9 можно получить одинаковые функции преобразования в виде линейной функции по всем входам датчика.

Регулировка датчика выполняется следующим образом.

Устанавливают пластины 6 и накладки 9 по всем входам в исходное нулевое положение и снимают зависимости выходных ЭДС от перемещения. При обработке.результатов измерений одним из методов, например методом наименьших квадратов, находят значения коэффициентов л, Ь и с аппроксимирующего полинома второй степени. Регули1180677

Щив.8

Составитель С. Скрыпник

Редактор Л. Гратилло Техред Т.Дубичнак Корректор А. Обручар

Заказ 5909/37

Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 руя положение накладок 9 по каждому входу, находят такие их положения, при которых нелинейность функции преобразования по всем входам равна нулю. В этом положении все накладки 9 фиксируют, например, клеем. При вы полнении этой регулировки достаточно отклонять от исходного положения лишь по одной из накладок 9 в каждом узле магнитопроводящих пластин, так

kaK знак компенсируемой нелинейности по каждому входу имеет единственное конкретное значение.

Затем определяют вход, по которому крутизна преобразования минимальна, оставляют эту пластину 6 в ис-. ходном положении, а остальные пластины 6 поворачивают и находят такие их положения, при которых крутизна преобразования по всем входам оди- накова. В этом состоянии все пластины 6 фиксируют винтом 8.

Таким образом, предлагаемый датчик линейных перемещений обладает синфазностью выходных ЭДС по всем выходам и независимостью величин этих ЭДС одна от другой, а также высокой идентичностью функций преобразования измеряемых перемещений в выходную ЭДС по всем входам не столько по крутизне статической характеристики, сколько из-за отсутствия налинейности.

Это позволяет существенно повысить точность дифференциальных измерений особенно в тех случаях, когда диапазон изменения контролируемого параметра значительно меньше диапазона изменения входных перемещений. На1О пример, при контроле отклонений диаметров точных отверстий от номинального значения датчик позволяет снизить требования к его расположению относительно центра отверстия, что в

15 большинстве реальных ситуаций требует создания специальной дорогостоящей оснастки, нуждающейся в уходе и периодической аттестации. В ряде случаев, например, при определении формы

20 глубоких отверстий, когда точная центровка датчиков особенно затруднена, датчик позволяет принципиально упростить конструкцию несущего его устройства без потери качества полу25 чаемой информации. Кроме того, предлагаемая конструкция дает возможность регулировать параметры датчика в сборе, что позволяет учитывать конкретное влияние паразитных парамет30 ров монтажа (емкостей и индуктивностей рассеивания) и тем самым получать заданные характеристики без промежуточных разборок. Ю