Датчик линейных перемещений

Датчик линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>929995 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03.11. 80 (21) 3000978/25-28 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Рц М К, з

G 01 В 7/00

Государственный комитет

СССР ио деяам изобретений и открытий (53) УДК 621.317... Д:531.71 (088. 8) Опубликовано 230582. Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 23-05. 82 аявитель (54) ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано в устройствах для контроля размеров ,изделий, преиьфщественно геометрических параметров отверстий.

Известны устройства преобразования линейных перемещений в электри- ческий сигнал, предназначенные для иэмеренйя нескольких величин.

В этих устройствах возможность измерения нескольких величин реализуется объединением.в общем корпусе однотипных датчиков, которые связаны один с другим по цепям питания Г11 . 15

Датчики не имеют регулировочных средств для получения одинаковых выходных характеристик.по всем измерительным входам, поэтому использование таких устройств для проведения дифференциальных измерений ограничено системами низкого класса точности.

Известны также многовходовые датчики, которые имеют общий функциональный элемент, например общую обмотку возбуждения и магнитопровод.

Преимущества таких датчиков состоят в том, что ЭДС. на всех их выходах синфазны, а амплитуды ЭДС на, каждом выходе определяются соответствующими перемещениями. Изменение положения какого-либо одного подвиж:ного элемента не изменяет выходных сигналов на других выходах. Эти важные качества чаще всего используются, когда вторичные обмотки соединяются попарно-согласно или встречно, что псэволяет получить выходной сигнал, пропорциональный сумме или разнссти перемещений. В более сложных случаях соединяются последовательно все вторичные обмотки, что позволяет с помощью одного датчика решать мно-. гопараметрические задачи l2) .

Недостатком таких датчиков. также является отсутствие регулировочных элементов для получения идентичности функций преобразования по каждому входу. Существование,.например, отклонений крутизны функций преобразования по разным входам снижает точность работы датчика в дифференциальном режиме, особенно при разностном включении вторичных обмоток, когда даже незначительная ошибка в одном из сигналов приводит к большой ошибке разности.

Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является

929995 датчик линейных перемецений, содер. жащий магнитопронод с центральным стержнем и иагнитопроводящими пласти.намии, обмотку воэ бужден и я, размещенную на центральногл стержне, и вторичные обмотки, размещенные на магни" 5 ,топронодящих пластинах с возможностью перемещения относительно них.

Магнитопровод выполнен замкнутым

Ш-образным, на центральном укороченном стержне которого закреплены диа- (0 метрально противоположно магнитопроводящие пластины с. вторичными обмотками. Датчик позволяет осуществлять измерение линейных перемещений в двух диаметрально противоположных направлениях.т.е. имеет два входа, так, i что он может быть использован для измерения, например, внутреннего диаметра труб ГЗ .

Однако точность измерения датчиком двух нзаимно противоположных перемещений недостаточна из-за отсутствия регулировочных элементов для обеспечения идентичности функций преобразования по его обоим входам.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Эта цель достигается тем, что в датчике линейных перемещений, содержащем магнитопронод с центральным стержнем и магнитопронодящими плас30 тинами,, обмотку воз буждения, размещенную на центральном стержне, и вторичные обмотки, размещенные на магнитопроводящих пластинах с возможностью перемещения относительно них, магнитопровод выполнен в виде барабана, верхнее основание барабана выполнено с отверстием, н котором

pàçMeöåH с зазором центральный стержень, закрепленный на нижнем основа- 40 нии барабана, магнитопроводящие пластины установлены радиально с возможностью поворота относительно оси барабана в плоскости, параллельной плоскости его верхнего основания, и размещены с зазорами относительно верхнего основания барабана и ныступаю-. щим над ним участком цилиндрической боковой поверхности барабана.

Кроме того, длина зазорон может быть выполнена одинаковой.

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого датчика линейных перемецений.

Датчик линейных перемещений содер-55 жит магнитопронод 1, выполненный в ниде пустотелого барабана с центральным стержнем 2, закрепленным на его нижнем основании 3. Верхнее основа- ние 4 барабана выполнено с отверстием„. н котором размещен с зазором нерх60 ний,. не=-акрелленный конец центральíî-,о стержня 2..Этот конец центрально.†.о стержня,- а также боковая цилиндри =еская поверхность 5 барабана выступает над e=o верхним основанием 4. 65

В полости барабана размещена обмотка б возбуждения, охватывающая цент-. ральный стержень 2. На выступающем конце центрального стержня 2 закреплены магнитопроводящие плстины 7, установленные радиально с возможностью поворота относительно оси 0-0 барабана в плоскости, параллельной плоскости его верхнего основания 4.

Пластины, их может быть больше, размецены диаметрально противоположно с зазорами между их поверхностями и верхним основанием 4 барабана, а также выступающим над ним участком цилиндрической боковой поверхности 5 барабана. Плоские воздушные зазоры между продольными поверхностями магнитопроводяцих пластин 7 и верхним основанием 4 барабана являются рабочими. Кольцевые воздушные зазоры между выступающим участком цилиндрической боковой поверхности 5 барабана и торцами магнитопроводящих пластин 7, а также между верхним основанием 4 барабана и его центральным стержнем 2 являются нерабсчими. Длина магнитного пути по воздуху в рабочих и нерабочих воздушных зазорах выполнена одинаковой. В каждом рабочем зазоре помецена охватывающая соответствующую пластину 7 вторичная обмотка 8, установленная с возможностью перемещения относительно нее и снязываемая в процессе измерения с контролируемым объектом (не показан.). На магнитопроводящих пластинах 7 жестко закреплены вблизи от центрального стержня 2 барабанного магнитопронода 1 компенсационные обмотки 9, каждая из которых соединена встречно-последовательно со вторичной обмоткой 8, размещенной на той же пластине.

Каждая магнитопроводящая пластина 7 имеет на одном конце секторный учаСток, цилиндричЕская поверхность

10 которого.,входит в цилиндрическую расточку верхнего конца центрального стержня 2. Коническая поверхность секторного участка контактирует с конусообразным элементом -11, в которогл имеется отверстие под винт 12.

С помощью этого винта обеспечивается фиксация пластин 4 в заданном угловом положении между их осью сииметрии, например A-A, и направлением перемещения (Х или Y) соответствующей вторичной обмотки 8.

Угол 9 секторного участка магнитопроводящих пластин 7 в плане не должен превышать значения

2 (Л-Ьсй

А ((1)

h где h — число магйитопроводящих пластин датчика.

Благодаря возможности поворота магнитопроводящих пластин 7 вокруг оси барабана в предела:с угла g(.отно->

929995 сительно направления Х или Y контролируемого перемещеиия обеспечивает- ся регулировка крутизны функций преобразования незанисигло по каждому входу (число входов в данном случае равно числу магнитопронодящих плас- 5 тин), Датчик линейных перемещений работает следующим образом.

При подключении обмотки б возбуждения к источнику напряжения пере- 10 менного тока (не показан) по ней протекает ток, создающий магнитный поток, проходящий через центральный стержень 2, магнитопроводящие пласти ны 7, верхнее основание 4, боковую цилиндрическую поверхность 5 барабана и .его нижнее основание 3. В каждом рабочем воздушном зазоре между пластинами 7 и верхним основанием 4 барабана индукция постоянна вследствие постоянства, длины зазора, поэтому и градиент потока в пластинах вдоль их осей AA также постоянен.

В результате величина магнитного потока, пронизывающего вторичные обмбтки 8, определяется их удалением от оси 00 барабана и тем меньше, чем больше расстояние между ними.

Благодаря постоянству градиента потока в пластинах 7, ЭДС на выходах вторичных обмоток 8 линейно связана с их перемещением. Компенсационные обмотки 9, соединенные встречнопоследовательно с расположенными на той же пластине вторичными обмотками, пронизываются неизменным по величине магнитйым потоком. Подбором отношения числа витков нторичной и компенсационной обмоток 8 и 9 может быть обеспечено нулевое значение суммарной выходной ЭДС по заданному 4() входу н любом начальном положении, соответствующей вторичной обмотке в пределах ее возможного диапазона перемещения, т.е. выбор начала отсчета перемещения по этому входУ в 45 зависимости от эксплуатационных требований.

Выходные ЭДС всех вторичных обмоток 8 не зависят одна от другой, так как изменение положения любой из этих обмоток не изменяет магнитного потока в пластинах 7. Фазы выходных

ЭДС всех обмоток не зависят от перемещения и совпадают одна с другой.

Постоянство индукции вдоль оси рабочих воздушных зазоров сохраняется всюду, кроме областей вблизи от концов магнитопроводящих пластин, где начинают сказываться поля выпу. чивания и индукция уменьшается за счет увеличения воздушного пути в краеных силовых трубках поля. В данном датчике при переходе рабочих воздушных зазоров в нерабочие (кольцевые) зазоры длина всех силовых трубок поля остается постоянной, поэто- б5

4 му поля выпучинания возникают только на концах нерабочих кольцевых зазорон, а область линейности равна разности между расстоянием от свободного конца пластин 7 до оси барабана и диаметром отверстия верхнего осно-. вания 4 барабана магнитопрбвода.

Поэтому равенство воздушных промежутков во всех зазорах обеспечивает расширение области линейной зависимости выходной ЭДС вторичных обмоток

8 от измеряемого перемещения.

Крутизна функции преобразования по каждой 1-ой вторичной обмотке датчика определяется формулой

К =ф,,cosecd;. (2) где К; - крутизна функции преобразования по i-му входу;

Э; — коэффициент пропорциональid, ;— угол между направлением движения -вторичной обмотки и осью симметрии 1-той пластины.

Формула (2) показынает, что за счет изменения углов с(; можно изменять крутизну функции преобразования по каждому входу и тем сагым получать идентичность выходных характеристик датчика на этих входах.

Практически регулировка осуществляется следующим образом.

Не затягивая окончательно винт 12, нсе пластины устанавливают в положение, соответствующие о(; =О, и измеряют крутизну функции преобразования по всем входам. Оставляют н этом >е положении (cL=O) ту пластину 4, которая соответствует входу с минимальной крутизной преобразования, а остальные пластины поворачивают и находят такие углы Ы;, при.которых крутизна преобразования по всем входам равна крутизне по первому (минимальному) входу °

Таким образом, предложенный датчик линейных перемещений обладает синфазностью выходных ЭДС по всем выходам и независимостью этих ЭДС одна от другой, высокой точностью при дифференциальных измерениях эа счет обеспечения идентичности крутизны преобразования по всем входам, а расположение всех подвижных обмоток в одной плоскости позволяет измерять перемещения в различных направлениях, векторы которых расположены радиально в одной плоскости, с соблюдением принципа Аббе.

Формула изобретения

1. Датчик линейных перемещений, сОдержащий магнитопровод с центральным стержнем и магнитопроводящими пластинами, обмотку возбуждения, размещенную на центральном стержне, и вторич,929995

Составитель С.Скрыпник

Техред Ж. Кас теле вич

Редактор T.Кугрьвiева

Корректор М.Коста

Заказ 3447/49 Тираж 614

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подпи сн ое филиал ППП "Патент", г. ужгород,. Ул, Проектная, 4 ные обмотки, -размещенные на магнито. проводящих пластинах с возможностью перемещения относительно них, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, магнитопровод выполнен в виде бараба- 5 на, верхнее основание барабана выполиейо с отверстием, в котором размещен с зазором центральный стержень, закрепленный на нижнем основании барабана, магнитопроводящие пластины 10 установлены радиально с возможностью поворота относительно оси барабана

s п л оoс к оoс тTиH, параллельной плоскости

его верхнего основания и размещены с зазорами относительно верхнего ос- 15 иования барабана и выступающим над ним участком цилиндрической боковой поверхности барабана.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а ю ° шийся тем, что длина зазоров одинакова.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CLlA Р 3630778, кл. G 01 D 5/20, 1971.

2. Куликовский Л.Ф. Трансформаторные функциональные преобразователи с профилированными вторичными контурами Энергия". М., 1971, с . 93 °

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2817707/28, - кл ° G Ol В 7/00, 1979 (прототип).