RU1781621C - Датчик параметров движени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерительной техники и предназначено дл  измерени  линейных ускорений и скоростей перемещений элементов механизмов и машин , конструкций сооружений и платформ градуировочных стендов. Сущность изобретени  состоит в том, что датчик включает в себ  магнитопровод, посто нный магнит со штоком, подвижную и неподвижную измерительные обмотки, две концентрические короткозамкнутые из неферромагнитного материала цилиндрические .гильзы. Подвижна  обмотка установлена внутри гильзы меньшего диаметра и выполнена с возможностью перемещени  вдоль оси датчика совместно с магнитом. Длина подвижной обмотки выбрана равной двум длинам магнита. Магнитопровод выполнен с прорезью по образующей. 1 ил.

Description

И

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  линейных ускорений H(CKOpocteu перемещений элементов механизмов и машин , конструкций сооружений и платформ градуировочных стендов.

Известно устройство дл  бесконтактного измерени  скоростей и ускорений движущихс  электропроводных тел. Устройство содержит трехстержневой магнитопровод, обмотку возбуждени , посаженную на средний стержень и запитываемую переменным током, две измерительные обмотки, посаженные на крайние стержни и включенные навстречу друг другу. Недостатком устройства  вл етс  необходимость применени  специальных генераторов высокой частоты дл  питани  обмотки возбуждени , а также то, что в измерительных обмотках, включенных последовательно друг другу, индуцируетс  единый сигнал, пропорциональный скорости и ускорению перемещени .

Известен датчик параметров движени , включающий в себ  Е-образный магнитопровод , в основании которого установлены два посто нных магнита, обмотку возбуждени , запитываемую переменным током, и измерительную обмотку, непосредственно скрепл емую с исследуемым объектом. Обмотка возбуждени  и измерительна  обмотка посажены на средний стержень магнитопровода. Выходной сигнал, снимаемый с вторичной обмотки трансформатора, включенного последовательно с измерительной обмоткой, пропорционален величине перемещени , а сигнал, снимаемый с емкости (конденсатора), шунтирующей вместе с первичной обмоткой трансформатора измерительную обмотку, пропорционален скорости этого перемещени , т.е. датчик предназначен дл  измерени  скорости и веVI

со

о ю

личины перемещени . Наиболее важным параметром, определ ющим динамические процессы,  вл етс  ускорение и скорость перемещени . Этим цел м рассматриваемый датчик отвечает не в полной мере. Кроме того, вследствие конечных значений магнитодвижущей силы посто нных магнитов , датчик обладает ограниченным диапазоном линейной характеристики.

Известны также датчики параметров движени , которые функционально предназначены дл  измерени  скорости и величины перемещени , и не предназначены дл  измерени  ускорени .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к залвл емому изобретению следует считать датчик линейной скорости, содержащий Т-образный магнитопровод, на концах которого установлено два посто нных магнита. Магнитопровод с посто нными магнитами образуют трехстержневую магнитную систему. На средний стержень посажены подвижна  и неподвижна  измерительные обмотки. Подвижна  обмотка скрепл етс  исследуемым объектом. Сиг- на , индуцируемый в неподвижной обмотке, пропорционален ускорению, в по- ДЕИЖНОЙ - скорости. Дл  сн ти  сигнала, пропорционального ускорению, подвижна  обмотка посредством ключа закорачиваетс  накоротко. Недостатком датчика  вл етс  ограниченность диапазона линейной характеристики вследствие невозможности создать равномерное магнитное поле в зазоре магнитной системы на больших перемещени х , а также невозможность одновременной регистрации сигналов скорости и ускорени .

Цел ми изобретени   вл ютс  увеличение чувствительности и диапазона линейной характеристики по ускорению и повышение точности измерени  скорости.

Увеличение чувствительности и диапазона линейной характеристики по ускорению достигаетс  тем, что в датчике параметров движени , содержащем магнитопровод , посто нный магнит со штоком, подвижную и неподвижную измерительные обмотки между подвижной и неподвижной измерительными обмотками установлена ко- роткозамкнута  из неферромагнитного металла цилиндрическа  гильза, подвижна  обмотка вьтблнена с возможностью перемещени  совместно с магнитом, а ее длина выбрана из соотношени  , где L - длина обмотки, Н - длина магнита.

Повышение точности измерени  скорости достигаетс  тем, что в датчик введена между неподвижной обмоткой и магнитопроводом втора  короткозамкнута  из неферромагнитного металла цилиндрическа  гильза, а магнитопровод выполнен с прорезью вдоль образующей.

Отличительными признаками  вл ютс :

В датчик введены две короткозамкну- тые из неферромагнитного металла цилиндрические гильзы, одна из которых установлена между подвижной и неподвиж0 ной обмотками, друга  - между неподвижной обмоткой и магнитопроводом, внутри гильзы меньшего диаметра установлена измерительна  обмотка с возможностью перемещени  совместно с магнитом, а ее длина

5 выбрана из соотношени 

,

где L - длина обмотки, Н -длина магнита, Магнитопровод выполнен с прорезью

0 вдоль образующей.

Авторами предлагаемого изобретени  не обнаружено решений со сходными признаками , следовательно, рассматриваемое техническое решение обладает существен5 ными отличи ми.

Сущность предлагаемого устройства основана на индукционном способе преобразовани  измер емой величины в электрический сигнал. Дл  получени  сигна0 ла, пропорционального ускорению, в датчике использована короткозамкнута  из неферромагнитного металла цилиндрическа  гильза, внутри которой помещена измерительна  обмотка с возможностью

5 перемещени  совместно с магнитом.

При перемещении посто нного магнита С обмоткой вдоль оси датчика в теле гильзы индуцируютс  значительные по величине кольцевые токи, так как электрическое со0 противление гильзы практически равно нулю . Эти токи, пропорциональные скорости перемещени  магнита, создают магнитное поле, изменение которого индуцирует ЭДС в витках измерительной обмотки. Эта ЭДС

5 пропорциональна скорости изменени  наведенного магнитного пол , Поскольку скорость изменени  наведенного магнитного пол  равна скорости изменени  индуцируемых в теле гильзы кольцевых токов или ско0 рости перемещени  магнита, то сигнал в измерительной обмотке пропорционален измер емому ускорению.

Кольцевые токи навод тс  только в той части тела гильзы, котора  пронизываетс 

5 магнитным полем посто нного магнита. Поэтому применение цилиндрической гильзы обуславливает равные услови  дл  наведени  ЭДС, в каком бы месте не находилс  магнит на оси гильзы, что обеспечивает линейность характеристики датчика по перемощению (по измер емому ускорению перемещени  исследуемого объекта),

Экспериментальные исследовани , проведенные авторами по определению пространственного распределени  магнитной индукции магнита вдоль оси и радиуса датчика показали, что магнитна  индукци  на уровне расположени  гильзы приближаетс  к нулевому значению на рассто нии от полюса магнита, равного половине длины магнита. Поэтому дл  более эффективного преобразовани  измер емого ускорени  в величину сигнала, т.е.дл  увеличени  чувствительности , длина намотки измерительной обмотки выбрана равной двум длинам магнита .

Одновременно при перемещении магнита наводитс  ЭДС в неподвижной обмотке, пропорциональна  скорости перемещени , Однако вследствие использовани  в индукционных преобразовател х магнитопровода в теле последнего индуцируютс  кольцевые токи, которые в свою очередь навод т ЭДС в измерительной обмотке, пропорциональные ускорению, т.е. сигнал скорости искажаетс  сигналом ускорени  или понижаетс  точность измерени .

Таким хе образом на точность измерени  скорости вли ет металлическа  гильза, установленна  в датчике между подвижной и неподвижной обмотками.

Дл  повышени  точности измерени  скорости в датчике магнитопровод выполнен разрезным по образующей и между маг- нитопроводом и неподвижной обмоткой введена втора  короткозэмкнута  из неферромагнитного металла цилиндрическа  гильза. Прорезь в мзгнитопроводе исключает циркул цию в его теле кольцевых токов, тем самым исключаетс  наведение в измерительной обмотке сигнал , пропорционального ускорению. Кольцевые же токи, наводимые в гильзе, установленной между мзгнитопроводом и неподвижной измерительной обмоткой, компенсируют вли ние другой гильзы на искажение сигнала скорости , тем самым повышаетс  точность измерени .

Но чертеже изображено предлагаемое устройство.

Датчик состоит из штока 1, жестко скрепленного с магнитным сердечником 2, на поверхности которого установлена двухсекционна  катушка 3 с i/nr/ерительной обмоткой 4. Обпот а 4 выполнена разномерной по длине катушки с противоположным направлением намотки аитков в каждой из секций катушки. Длина обмотки 4 выбрана равной двум длинам магнита. Катушка с обмоткой и магнитом помещены во

внутреннюю полость короткозамкнутой из неферромагнитного металла цилиндрической гильзы 5. На гильзу 5 посажена катушка 8 с измерительной обмоткой 7,

выполненной с равномерно мен ющимс  по длине катушки шагом намотки витков. Все вышеперечисленные конструктивные элементы датчика помещены во внутреннюю полбсть второй короткозамкнутой из

0 неферромагнитного металла цилиндрической гильзы 8, помещенной в корпус - маг- нитопровод 9 с двум  крышками 10 и 11. Магнитопровод имеет сквозную прорезь вдоль обрззующей (не показано),

5 Преобразователь работает следующим образом.

При перемещении штока 1, скрепленного с исследуемым объектом, магнитный сердечник 2 совместно с катушкой 3 и

0 измерительной обмоткой 4 перемещаетс  вдоль оси датчика. При перемещении магнита Б гильзе 5, выполненной из неферро- магнитного металла, индуцируютс  значительные по величине кольцевые токи,

5 пропорциональные скорости перемещени  магнита. Эти токи создают магнитное поле, изменение которого индуцирует в витках обмотки 4 ЭДС, пропорциональные скорости изменени  наведенного пол  или уско0 рению перемещений исследуемого объекта. Так ак обмотка 4 выполнена двухсекционной с противоположным направлением намотки витков в каждой секции, то ЭДС под разноименными полюсами магнита,

5 суммируютс ,. Выбор длины обмотки, равный двум длинам магнита, обеспечивает увеличение чувствительности (сигнала) датчика , ибо более эффективно используетс  пространственное распределение магнит0 ного пол  каждогЪ полюса магнита.

Одновременно при перемещении магнита в витках неподвижной измерительной обмотки наводитс  ЭДС, пропорциональна  скорости перемещени  исследуемого

5 объекта. При этом, вследствие того, что маг- нитопровод выполнен с прорезью вдоль образующей , исключаетс  наведение в нем кольцевых гоков и их вли ние на выходной сигнал. Введение между магнитопроводом

0 л неподвижной обмоткой короткозамкнутой из неферромагнитного металла гильзы компенсирует наведение искажающего сигнала от гильзы, установленной между подвижной и неподвижной обмотками, так как магнит5 ные псл  от .«ольцевых токов этих гиль з в измерительной обмотке (неподвижной) направлены всгр.°чу друг другу.

Применение короткозамкнутой из не- феррочзгн1-тного металла гильзы, установленной мех;,у подвижной и неподвижной

измерительными обмотками, обеспечивает увеличение диапазона линейной характеристики датчика по ускорению.

Выполнение подвижной обмотки длиной , равной двум длинам посто нного магнита, обеспечивает увеличение чувствительности датчика по ускорению.

Применение короткозамкнутой из ме- ферромапштного металла гильзы, установленной между магнитопроводсш и неподвижной обмоткой, и выполнение магнитол ровода с прорезью вдоль образующей повышает точность измерени  скорости.

По предлагаемому изобретению изготовлены датчики с основными параметрами:

Величина свободного

хода магнита, мм350

Чувствительность по

ускорению, ма/д5

Чувствительность по

скорости, MD/CM/C8

Датчики испытаны в лабораторных услови х . Результаты испытаний показали, что цели предлагаемого технического решени  достигнуты. Отклонений от линойнсста чувствительности по ускорению на всем диапазоне перемещений нет. Чувствительность датчика по ускорению позвол ет осуществл ть регистрацию на современных

осциллографах ускорени  от долей единиц земного ускорени . Погрешности, обусловленные искажением сигнала скорости сигналом ускорени , отсутствуют.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик параметров движени , состо щий из магнитолровода, цилиндрического посто нного магнита, подвижной и неподвижной обмоток, отличающийс  тем,

   что, с целью расширени  диапазона линейной характеристики м увеличени  чувствительности по ускорению и повышени  точности по измерению скорости, в него введены шток и две концентрические коротхозамкнутые из неферромагнитного металла цилиндрические гильзы, одна из которых установлена между подвижной и неподвижной обмотками, а друга  между неподвижной обмоткой и магнитопроводом, при этом

   подвижна  измерительна  обмотка расположена внутри гильзы меньшего диаметра и закреплена неподвижно и симметрично на внешней цилиндрической поверхности магнита , а ее длина L выбрана из соотношени 

   L/2H-1,

   где L - длина обмотки, Н - длина магнита,

   причем магкитопровод выполнен с прорезью вдоль образующей, а шток соединен

   с торцом посто нного магнита.