RU2017059C1

RU2017059C1 - Differential inductive sensor of movements

Info

Publication number: RU2017059C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Абрамцев
Original assignee: Евгений Петрович Абрамцев
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: sensor has two stationary ferromagnetic cores, two movable anchors and two pairs of inductive windings, connected according to a bridge circuit. Movable anchors are made as hollow ferromagnetic cylinders, on the butts of which nonmagnetic ring-shaped overlappings accordingly are fixed to make a current-vortex effect. The sensor's anchors have located in their middle inner bead and outer bead with similar diameter sizes, as stationary ferromagnetic cores have. During shift of any of anchors from their neutral position, balance of the bridge circuit, that was formed by two pairs of windings, is broken due to change of their inductive resistance. As a result of it a signal, proportional to algebraic sum of two controlled objects, appears on output of the bridge circuit. EFFECT: increase of sensitivity and expansion of functional capabilities of inductive sensor of linear movements. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к информационным измерительным системам для измерения различных физических величин электрическими методами. The invention relates to measuring equipment, in particular to information measuring systems for measuring various physical quantities by electrical methods.

Известен дифференциальный индуктивный датчик перемещений, содержащий два неподвижных сердечника броневого типа с обмотками и подвижный якорь, расположенный в воздушном зазоре между сердечниками. Якорь выполнен в виде слоистого ферромагнитного диска, с обеих сторон которого размещены немагнитные накладки из металла с высокой электропроводностью, создающие токовихревой эффект при питании датчика током высокой частоты [1]. Known differential inductive displacement sensor containing two fixed core armored type with windings and a movable armature located in the air gap between the cores. The anchor is made in the form of a layered ferromagnetic disk, on both sides of which non-magnetic plates of metal with high electrical conductivity are placed, creating a eddy current effect when the sensor is powered by a high-frequency current [1].

Однако из-за нелинейности выходной характеристики известный датчик имеет ограниченный диапазон измеряемых перемещений. However, due to the non-linearity of the output characteristic, the known sensor has a limited range of measured movements.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является дифференциальный индуктивный датчик перемещений, содержащий два соосно установленных неподвижных ферромагнитных сердечника с кольцевыми полостями, размещенные на соответствующих сердечниках две обмотки, ферромагнитный якорь, выполненный в виде полого цилиндра, установленного с возможностью линейного перемещения в кольцевых полостях обеих сердечников, и присоединенный к нему шток, предназначенный для связи с объектом контроля [2]. The closest in technical essence to the invention is a differential inductive displacement sensor containing two coaxially mounted stationary ferromagnetic cores with annular cavities, two windings placed on the respective cores, a ferromagnetic armature made in the form of a hollow cylinder mounted with the possibility of linear movement in the annular cavities of both cores , and a rod attached to it, designed to communicate with the object of control [2].

Известный датчик не позволяет осуществлять одновременное измерение линейных перемещений двух независимых объектов. Кроме того, он обладает недостаточной чувствительностью. The known sensor does not allow simultaneous measurement of linear movements of two independent objects. In addition, it has insufficient sensitivity.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей дифференциального индуктивного датчика перемещений за счет измерения линейных перемещений и второго соосно расположенного объекта контроля, а также повышение чувствительности. The aim of the invention is to expand the functionality of a differential inductive displacement sensor by measuring linear displacements and a second coaxially located object of control, as well as increasing sensitivity.

Это достигается тем, что предлагаемый дифференциальный индуктивный датчик перемещений дополнительно снабжен двумя дополнительными обмотками с таким же числом витков, что и у первых двух обмоток, вторым ферромагнитным якорем и присоединенным к нему дополнительным штоком, предназначенным для связи со вторым объектом, на противоположных торцах обоих ферромагнитных сердечников выполнены идентичные первым двум кольцевые полости, в каждой из которых размещена соответствующая дополнительная обмотка, второй якорь выполнен в виде двух соосных полых цилиндров, соединенных между собой посредством дополнительного штока, установленного коаксиально внутри первого штока, который выполнен полым, а все обмотки соединены между собой в мостовую измерительную схему. This is achieved by the fact that the proposed differential inductive displacement sensor is additionally equipped with two additional windings with the same number of turns as the first two windings, a second ferromagnetic armature and an additional rod connected to it, designed to communicate with the second object, at opposite ends of both ferromagnetic cores are made identical to the first two annular cavities, in each of which a corresponding additional winding is placed, the second armature is made in the form of two coaxial 's hollow cylinders connected together by means of an additional rod mounted coaxially inside the first stem, which is hollow, and all the windings are interconnected in a bridge measuring circuit.

Кроме того, на обоих якорях могут быть выполнены внутренние и наружные бурты с одинаковыми диаметральными размерами, равными внутреннему и наружному диаметрам неподвижных сердечников. In addition, on both anchors, inner and outer collars with the same diametrical dimensions equal to the inner and outer diameters of the stationary cores can be made.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема дифференциального индуктивного датчика перемещений; на фиг. 2 - 4 - разрезы А-А, Б-Б, В-В на фиг. 1 соответственно; на фиг. 5 - схема соединений обмоток датчика. In FIG. 1 shows a structural diagram of a differential inductive displacement sensor; in FIG. 2 - 4 - sections aa, bb, bb in FIG. 1, respectively; in FIG. 5 is a connection diagram of sensor windings.

Дифференциальный индуктивный датчик перемещений содержит два неподвижных ферромагнитных сердечника 1 броневого типа и подвижный якорь 2 в виде полого ферромагнитного цилиндра, на торцах которого укреплены немагнитные кольцеобразные накладки 3 из металла с высокой электрической проводимостью для создания токовихревого эффекта. На сердечниках расположены две обмотки 4 и 5 с одинаковым числом витков. Якорь 2 жестко скреплен со штоком 6, который связан с объектом контроля и может перемещаться в осевом направлении в обе стороны. С целью упрощения чертежа шток 6 показан выполненным из двух стержней, но количество их может быть и больше, например три. The differential inductive displacement transducer contains two stationary armor-type ferromagnetic cores 1 and a movable armature 2 in the form of a hollow ferromagnetic cylinder, at the ends of which non-magnetic ring-shaped plates 3 of metal with high electrical conductivity are mounted to create a eddy current effect. On the cores are two windings 4 and 5 with the same number of turns. The anchor 2 is rigidly fastened to the rod 6, which is connected with the control object and can be moved axially in both directions. In order to simplify the drawing, the rod 6 is shown made of two rods, but their number may be more, for example three.

Датчик имеет дополнительный подвижный якорь, выполненный в виде двух полых цилиндров 7 и две дополнительные обмотки 8 и 9. Якорь 7 и обмотки 8 и 9 размещены в дополнительных кольцевых полостях, выполненных в ферромагнитных сердечниках 1 со стороны, противоположной основным кольцевым полостям. Полые цилиндры (якорь) 7 жестко скреплены с дополнительным штоком 10 и на их внутренних торцах укреплены немагнитные кольцеобразные накладки 11. Дополнительный шток 10 коаксиально установлен внутри основного штока 6 и связан со вторым объектом измерения. The sensor has an additional movable armature made in the form of two hollow cylinders 7 and two additional windings 8 and 9. Anchor 7 and windings 8 and 9 are placed in additional annular cavities made in the ferromagnetic cores 1 from the side opposite to the main annular cavities. The hollow cylinders (anchor) 7 are rigidly fastened to the additional rod 10 and non-magnetic annular overlays 11 are fixed at their inner ends. The additional rod 10 is coaxially mounted inside the main rod 6 and connected to the second measurement object.

Основной 2 и дополнительный 7 подвижные якори снабжены каждый внутренним 12 и наружным 13 буртами, диаметральные размеры которых равны диаметральным размерам неподвижных ферромагнитных сердечников. Такое выполнение якорей 2 и 7 повышает интенсивность изменения индуктивного сопротивления обмоток 4, 5 и 8,9 и тем самым повышает чувствительность датчика. The main 2 and additional 7 movable anchors are each equipped with an inner 12 and an outer 13 shoulders, the diametrical dimensions of which are equal to the diametrical dimensions of the fixed ferromagnetic cores. This embodiment of the anchors 2 and 7 increases the intensity of changes in the inductive resistance of the windings 4, 5 and 8.9, and thereby increases the sensitivity of the sensor.

Основные 4 и 5 и дополнительные 8 и 9 обмотки соединены по мостовой схеме. The main 4 and 5 and additional 8 and 9 windings are connected in a bridge circuit.

Дифференциальный индуктивный датчик перемещений работает следующим образом. Differential inductive displacement sensor operates as follows.

При отклонении якоря 2 от нейтрального положения и перемещении его в полостях между внутренними и внешними цилиндрическими частями неподвижных сердечников 1 дифференциально изменяются площади воздушных зазоров за счет изменения осевых размеров зазоров δ₁и δ₂. Это приводит к изменению индуктивного сопротивления обмоток 4 и 5, являющихся плечами мостовой схемы. Равновесие моста нарушается и на его выходе появляется сигнал, пропорциональный линейному перемещению штока 6 и связанного с ним объекта измерения.When the armature 2 deviates from the neutral position and moves it in the cavities between the inner and outer cylindrical parts of the stationary cores 1, the air gap areas differentially change due to the change in the axial dimensions of the gaps δ ₁ and δ ₂ . This leads to a change in the inductance of the windings 4 and 5, which are the shoulders of the bridge circuit. The equilibrium of the bridge is violated and a signal appears in its output that is proportional to the linear movement of the rod 6 and the measurement object associated with it.

Одновременно при аналогичном отклонении от нейтрального положения дополнительного якоря 7 дифференциально изменяются осевые размеры зазоров δ₃ и δ₄, что приводит к изменению индуктивного сопротивления обмоток 8 и 9 и, как следствие, к разбалансу мостовой схемы и появлению на выходе сигнала, пропорционального линейному перемещению второго объекта. В итоге, результирующий сигнал будет равен алгебраической сумме перемещений двух контролируемых объектов.At the same time, with a similar deviation from the neutral position of the additional armature 7, the axial dimensions of the gaps δ ₃ and δ ₄ differentially change, which leads to a change in the inductance of the windings 8 and 9 and, as a result, to an imbalance of the bridge circuit and the appearance of a signal proportional to the linear displacement of the second object. As a result, the resulting signal will be equal to the algebraic sum of the displacements of two controlled objects.

Claims

1. A DIFFERENTIAL INDUCTIVE MOVEMENT SENSOR, comprising two coaxially mounted fixed ferromagnetic cores with annular cavities, two windings placed on respective cores, a ferromagnetic armature made in the form of a hollow cylinder mounted with the possibility of linear movement in the annular cavities of both cores, and connected to it designed to communicate with the control object, characterized in that, in order to measure linear displacements of the second coaxially located For control purposes, it is equipped with two additional windings with the same number of turns as the first two windings, a second ferromagnetic armature and an additional rod connected to it, designed to communicate with the second object, identical ring cavities identical to the first two are made on the opposite ends of both ferromagnetic cores , in each of which there is a corresponding additional winding, the second armature is made in the form of two coaxial hollow cylinders interconnected by means of an additional rod, lennogo coaxially inside the first stem, which is hollow, and all the windings are interconnected in a bridge measuring circuit.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that, in order to increase sensitivity, the inner and outer collars with the same diametrical dimensions equal to the inner and outer diameters of the fixed cores, respectively, are made on both anchors.