Измерительный преобразователь величины потока магнитного поля

Измерительный преобразователь величины потока магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Применение: область измерительной техники, является чувствительным элементом магниточувствительных приборов и может быть использовано в устройствах для измерения изменяющихся величин. Суть изобретения: измерительный преобразователь величины потока магнитного поля, содержащий систему обмоток, в которой пары измерительных и компенсационных контуров соединены последовательно - встречно, Предполагаемое изобретение относится к области измерительной техники, является чувствительным элементом магнитоизмерительных приборов и может быть использовано в устройствах для измерения изменяющихся магнитных величин. Целью предполагаемого изобретения является повышение точности результатов преобразования и упрощение конструкции ПИП. На фиг.1 изображён заявляемый ИП: на фиг.2 изображена принципиальная схема соединения измерительных контуров ИП; на фиг.З изображен общий вид стенда измекаждая пара расположена соответственно на внутренней и внешней цилиндрических поверхностях немагнитного каркаса, имеющих общую ось симметрии, система обмоток состоит из двух пар измерительного и компенсационного контуров, снабжен коммутатором при этом пары измерительных и компенсационных контуров расположены в двух пересекающихся плоскостях, линия пересечения которых пересекается с осью симметрии цилиндрических поверхностей немагнитного каркаса под прямым углом, немагнитный каркас и упомянутые контура расположены так, что проекции оси симметрии цилиндрических поверхностей немагнитного каркаса на каждую плоскость в которой они расположены, образуют равные углы с этой осью, а первая пара измерительного и компенсационного контуров, расположенных в одной плоскости, соединены последовательно со второй парой измерительного и компенсационного контуров, расположенных в другой плоскости через коммутатор. 4 ил. рения ДММ, с входящим в его состав ПИП, укомплектованным заявляемыми ИП. На фиг.4 приведены графики погрешности определения поперечной составляющей ДММ, обусловленной смещением центра ДММ относительно центра ИП для заявляемого ИП и прототипа. Заявляемый измерительный преобразователь (см, фиг.1) содержит измерительные обмотки 1. 2, 3, 4, содержащие Wi. W:. Wa, АЛ/4 витков соответственно. Все измерительные обмотки ИП выполнены плоскими, т.е. средняя линия каждой обмотки лежит в плоскости. 00 о 00 ел

СОЮЗ СОВЕ1СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 33/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4910?90/21 (22) 12,02.91 (46) 23.04.93. Бюл. М 15 (71) Научно-производственное объединение

"Всесоюзный научно-исслеДовательский институт метрологии им. Д.И.Менделеева" (72) Ю.А.Урбанович. И.В.Поздняков, В.А,Слаев и С.И.Климов (56) ОСТ 5.6097 — 76, Характеристики магнетине ферромагнитных масс, Методы измерений. Введен 01.07.77, М., с. 42 — прототип. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЕЛИЧИНЫ ПОТОКА МАГНИТНОГО

ПОЛЯ (57) Применение: область измерительной техники, является чувствительным элементом магниточувствительных приборов и может быть использовано в устройствах для измерения изменяющихся величин. Суть изобретения: измерительный преобразователь величины потока магнитного поля, содержащий систему обмоток. в которой пары измерительных и компенсационных контуров соединены последовательно — встречно, Предполагаемое изобретение относится к области измерительной техники, является чувствительным элементом магнитоизмерительных приборов и может быть использовано в устройствах для измерения изменяющихся магнитных величин.

Целью предполагаемого изобретенияявляется повышение точности результатов преобразования и упрощение конструкции

ПИП, На фиг.1 изображен заявляемый ИП; на фиг.2 изображена принципиальная схема соединения измерительных контуров ИП; на фиг.3 изображен общий вид стенда изме„„50„„1810851 А1 каждая пара расположена соответственно на внутренней и внешней цилиндрических поверхностях немагнитного каркаса, имеющих общую ось симметрии, система обмоток состоит из двух пар измерительного и компенсационного контуров, снабжен коммутатором при этом пары измерительных и компенсационных контуров расположены в двух пересекающихся плоскостях, линия пересечения которых пересекается с осью симметрии цилиндрических поверхностей немагнитного каркаса под прямым углом, немагнитный каркас и упомянутые контура расположены так, что проекции оси симметрии цилиндрических поверхностей немагнитного каркаса на каждую плоскость в которой они расположены, образуют равные углы с этой осью, а первая пара измерительного и компенсационного контуров, расположенных в одной плоскости, соединены последовательно со второй парой измерительного и компенсационного контуров, расположенных в другой плоскости через коммутатор, 4 ил, рения ДММ, с входящим в его состав ПИП, укомплектованным заявляемыми ИП.

На фиг.4 приведены графики погрешности определения поперечной составляющей

ДММ, обусловленной смещением центра

ДММ относительно центра ИП для заявляемого ИП и протОтипа.

Заявляемый измерительный преобразователь (см, фиг.1) содержит измерительные обмотки 1, 2, 3, 4, содержащие Wi. W>.

В/з, W4 витков соответственно. Все измерительные обмотки ИП выполнены плоскими, т.е. средняя линия каждой Обмотки лежит в плоскости.

1810851

Первая пара обмоток 1 и 2 лежит в первой плоскости, а вторая пара обмоток лежит во второй плоскости. Линия пересечения этих двух плоскостей образует воображаемую ось 0 0". Расположим декартовую систему координат XYZ в центре оси 0 0" так, " чтобы ось Y совпадала с осью 0 0", а плоскость YZ делила двугранный угол двух плоскостей пополам и образовывала с ними угол

Измерительные обмотки ИП расположены на немагнитном каркасе 5. Внутренняя и внешняя поверхности каркаса 5 являются частями цилиндрических поверхностей с общей осью симметрии OX. Образующие цилиндрических поверхностей каркаса 5 могут иметь форму круга, эллипса, а также многоугольника, вписанного в круг или эллипс, с числом сторон 2п (где и =

= 2,3,4...).

Обмотки 1, 3 лежат на внутренней, а обмотки 2, 4 — на внешней цилиндрических поверхностях немагнитного каркаса 5.

На каркасе 5 расположен коммутатор 6.

В системе обмоток (см.. фиг.2) измери- 2 -> тельные обмотки первой пары — 1 и 2 соединены между собой последовательно и встречно. Измерительные обмотки второй пары — 3 и 4 также соединены между собой последовательно и встречно. Один конец 30 провода первой пары измерительных обмоток соединен с коммутатором 6, а два конца провода второй пары измерительных обмоток также соединены с коммутатором 6. Свободные концы провода первой пары системы измерительных обмоток и провод от коммутаторов образуют выход системы измерительных обмоток. Выход системы измерительных обмоток соединен со входом измерительного прибора (на фиг.2 не пока- 40 зан). Коммутатор 6 имеет два положения Х и Z. При нахождении коммутатора 6 в положении Х начало измерительной обмотки 2 соединено через коммутатор 6 с началом измерительной обмотки 4, а начала измери- 45 тельных обмоток 1 и 3 (через коммутатор 6) образуют выход системы обмоток. При нахождении коммутатора 6 в положении Х начало измерительной обмотки 2 соединено через коммутатор 6 с началом измеритель- 50 ной обмотки 3, а начала измерительных обмоток 1 и 4 (через коммутатор 6) образуют выход системы обмоток.

Заявляемый измерительный преобразователь конструктивно может быть выполнен следующим образом.

Каркас 5 ИП изготовлен, например, из стеклотекстолита, кварца. дерева и прочих немагнитных материалов и их сочетаний.

Измерительные обмотки 1-4 намотаны медным или алюминиевым проводом с изоляционным покрытием. Измерительные обмотки .

1-4 фиксируются на каркасе 5, например, с помощью клея или крепежных скоб (на фиг.1 не показаны), Коммутатор 6 может быть любым коммутирующим устройством, например, двухпозиционным переключателем и располагаться на каркасе 5

ИП (см, фиг.1) либо вне его. Измерительный прибор, к которому подключен выход системы измерительных обмоток, — микровеберметр, например Ф191 или Ф199.

Геометрические размеры и числа витков в измерительных обмотках ИП, а также угол а. выбирают из предполагаемых наибольших поперечных размеров исследуемого объекта и ожидаемой величины его ДММ, а также типа применяемых измерительных приборов, В случае, если цилиндрические поверхности ИП имеют, образующими квадраты со сторонами 2а и 2а ((где (> 1), то числа витков в измерительных обмотках ИП должны удовлетворять условиям;

W1 = W3= 2= W4 W1 S1=

= Wg 52. В/3 Ss = Nf4 S4, Фвах 4 л х

1 — sin За,ио где Wp — числа витков в i-й измерительной обмотке, $ — площадь, ограниченная средней линией i-й обмотки, 2а — сторона образующей внутреннего квадратного цилиндра системы измерительных обмоток,,ио — — 4 ю 10 Гн/м — магнитная постоянная, М вЂ” ожидаемая величина составляющей вектора ДММ (А м ), параллельной оси

Z.

При выводе формул (1) допускалось, что . толщина измерительной обмотки много меньше стороны квадрата образующей цилиндрической поверхйости.

В состав стенда измерения ДММ (см. фиг.3) входит ПИП 7. В состав ПИП входят три системы измерительных обмоток для определения продольной Мх (параллельной оси Х), поперечной Му (параллельной оси Y) и вертикальной М параллельной оси Z) составляющих вектора ДММ. Первая система

1810851 измерительных обмоток для определения Меру ДММ 10 на

Мх и ентична и еру Д на самоходной плвтфор„идентична первой измерительной систе- ме 9 перемещают сквозь ПИП 7, И эмери ро отипа и содержит две обмотки с тельные приборы 11, 12, 13 изме яют числом витков Н5, W . Pà к в 5, 6. асположена она в изменение величины магнитного потока меы,, измеряют плоскости YZ и ее геомет ичес и ри еский центр 5 ры ДММ 10, пронизывающего три системы совпадает с центром системы координат измерительных обмоток ПИП 7. Эти иэме(см. фиг.1). Вторая система измерительных ренные величины магнитного потока фиксиобмоток для определения Му идентична за- руются регистрирующими приборами— являемому ИП (см. фиг.1) но развернута в самописцами 14, 15, 16. По известным форпространстве вокруг оси X на 90 и ее reo- 10 мулам находят метрический центр совпадает с центром системы координат (см. фиг,1). Третья система + 00 измерительных обмоток для определения Мх

f Фх (х) dx, М> представляет собой заявляемый ИП. ПаРо W6 W5 ) — 00 раллельно оси X сквозь ПИП 7 проходит 15 рельсовый путь 8, по которому на самоход- 1 ной платформе 9 сквозь ПИП 7 перемещают 2,ио (ЧЧ2 — М/1 — 00 источник ДММ 10 (меру ДММ или исследуемый объект) с компонентами вектора ДММ

Mx, My, Mz. В ыходы трех систем измеритель- 20 М,—

1 ных обмоток подключены ко входам изме- 2ио Wg — W< ) рительных приборов 11, 12, 13, результаты измерений которых регистрируют самописцы 14, 15, 16 (соответственно). Вторая сис- где,и = 4 юг 10 Г / где,и0 = гг н г м — магнитная постотема измерительных обмоток ПИП 7 25 янная, соединена (аналогично заявляемому ИП) с W5, W/ — числ измерительным прибором 12 че ез. комм6 — число витков в измерительных при ором через комму- обмотках первой системы измерительных татор 17, который имеет положение X u Y обмоток ПИП 7( (соответствующее Z у заявляемого ИП). }, р ц есооб аэно и исоответствуют М/1 и Ю2 и ототипа}, на практике целесооб аэно и ииспользоваться любые самописцы с непре- Ф„(х), Ф (х) Ф (х)—

ывной запи ь х(х), у(х), Ф (х} — измеренные измерир аписью на диаграммной ленте, на- тельными и иб 11 12 13 пример, КСП-4. ри орами,, величины магнитного потока меры ДММ 10 (Вб), Заявляемое устройство работает следу- Мх, М М ющим образо 35 х, y„М вЂ” три значения компонент

ПИП имеет ва магнитного момента меры ДММ 10, опредеимеетдва режима работы: первый ленныеспомо ьюп и мощью первой, второй и третьей мерений., второй — режим из- систем измерительных обмоток ПИП 7, В режиме поверки ПИП происходит Величины Мх, Mó, М сравнивают с паспроверка работоспособности и результатов 40 портной вели ДММ преобразования всех трех измерительных портной величиной ММ меры и вычисляют систем, входящих в ПИП 7, о нов емен

ПИП 7, одновременно из трех систем измерительных обмоток ПИП путем определения величины ДММ меры 10 7. и сравнением результатов с паспортными данными меры ДММ. 45

В режиме измерения происходит определение вектора ДММ исследуемого объекта 10. М вЂ” М

РассмОтрим работу ПИП 7 с входящим a„- — - — ооу, в его состав заявляемым ИП в режиме по- 50

M верки.

В режиме поверки коммутаторы 17 и 6 (cM. фиг.2 и фиг,3) устанавливают в положение X. На самоходную платформу 9 (см. фиг 3) устанавливают меру ДММ 10 так что- 55 бы ось меры совпадала с осью X ПИП. В М па и этом случае компоненты вектора ДММ меры

М вЂ” паспортное значение величины будут

ДММ меры 10.

Мх = М, Му = О. М;: — О.

Из анализа величин дх, ду, д, и сравнения их с заданными для ПИП делается вы+ 00

/ Фу(х) dx, ©z(x) dx, (2) Mx =M

А = — ооу, М

М вЂ” М 100 g

1810851 вод о работоспособности ПИП 7 и о величинах погрешностей преобразования каждой изтрех систем измерительных обмоток ПИП

T.

Поверку всех трех систем измерительных обмоток ПИП 7 осуществляют за одно перемещение меры ДММ 10 сквозь ПИП 7 одновременно. Тем самым повышают достоверность определения величин и достигают единообразия при определении этих величин, Кроме того, не менее, чем в 3 раза снижается время, необходимое для поверки

ПИП 7.

На этом режим поверки закончен.

После окончания режима поверки приступают к режиму проведения измерения.

На самоходную платформу 9 устанавливают изделие 10 — источник ДММ неизвестной величины, Коммутаторы 17 и 6 устанавливают в положения Y u Z соответственно.

Иэделие 10 на самоходной. платформе 9 перемещают сквозь ПИП 7, Измерительные приборы 11, 12. 13 измеряют изменение величины магнитного потока ДММ изделия 10, пронизывающего три системы измерительных обмоток ПИП 7, Эти измеренные величины магнитного потока фиксируются регистрирующими приборами-самописцами 14, 15, 16, По известным формулам:

+ оо

Фк(х) dx, Mõ

Ро (_#_2 — Р/1 ) + оо

My — f Фу (х) dx,,ио (Wz — W1) ctg а — оо

+ оо

Mz ©z (х) dx, ро (W2 — W1) ctg а

{3) На практике бесконечные пределы интегрирования в системах уравнений (2) и (3) означают, что измерения ведутся, начиная и кончая такими величинами отстояний от

ПИП 7 вдоль рельсового пути 8, на которых изменения магнитных потоков меры ДММ или изделия 10, пронизывающих ПИП 7 при перемещении их на самоходной платформе

9 по рельсовому пути 8 не могут быть зарегистрированы измерительными приборами

11. 12. 13. (где Мх, My. Mz — три ортогональных составляющих искомой величины вектора ДММ изделия 10) вычисляют величины трех ортогональных составляющих искомого вектора

ДММ изделия 10.

Учитывая тот факт, что координаты приложения вектора ДММ изделия неизвестны. то результат измерения выглядит следующим образом:

My = My(1 - д„/100), М = М(1 +. A/100).

10 где ду, дд — погрешности второй и третьей систем измерительных контуров ПИП 7.

На фиг,4 приведены графики погрешности д в зависимости от смещения центра координат диполя q = r/а (где: r — расстояние от текущей точки до центра ПИП) в плоскости YZ вдоль оси Y, Z по биссектрисам осей квадрата YZ, соответственно для прототипа — графики 18, 19, 20, и для заявляемого ИП вЂ” графики 21, 22, 23. Зависимости погрешностей для ду аналогичные. Из сравнения графиков погрешностей видно, что при одних и тех же смещениях координат центра ДММ изделия 10 относительно центра ПИП 7 погрешности смещения для про25 тотипа выше, чем для заявляемого ИП, Из этого следует, что вектор М ДММ изделия 10

М=М, Т+М )+М, К при использовании заявляемого ИП будет определен с меньшей погрешностью, чем при использовании прототипа.

Таким образом, по сравнению с грот отипом заявляемый преобразователь позволяет снизить величины погрешностей ду и д, приблизительно на порядок за счет того, что обмотки измерительного преобразователя расположены во взаимно пересекающихся плоскостях и соединены между

40 собой через коммутатор, Формула изобретения

Измерительный преобразователь величины потока магнитного поля, содержащий систему обмоток, в которой пары измери45 тельных и компенсационных контуров соединены последовательно-встречно, каждая пара расположена соответственно на внутренней и внешней цилиндрических поверх° ностях немагнитного каркаса, имеющих общую ось симметрии, система обмоток состоит из двух пар измерительного и компенсационного контуров, отличающийся тем, что, с цельЮ повышения точности результатов преобразования и упрощения конструкции, он снабжен коммутатором, при этом пары измерительных и компенсационных контуров расположены в двух пересекающихся плоскостях, линия пересечения которых пересекается с осью

1В1085 I фиг.I симметрии цилиндрических поверхностей немагнитного каркаса под прямым углом, немагнитный каркас и упомянутые контуры расположены так, что проекция оси симметрии цилиндрических поверхностей немаг- 5 нитного каркаса на каждую плоскость, в которой они расположены, образуют равные углы с этой осью, а первая пара измерительного и компенсационного контуров, расположенных в одной плоскости, соединена последовательно с второй парой измерительного и компенсационного контуров, расположенных в другой плоскости, через коммутатор, 1610851

Составитель Д,макаренко

Техред M. Моргентал Корректор, Е.Папп

Редактор Т,Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1444 Тираж Подписное

ВНИИПИ ГосУдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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