RU2031358C1

RU2031358C1 - Strain-measuring device

Info

Publication number: RU2031358C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Абрамцев
Original assignee: Евгений Петрович Абрамцев
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: strain-measuring device has stationary magnetic circuit manufactured in the form of three parallel turns, Ш -shaped ferromagnetic strap and two mobile ferromagnetic cores. Proper measuring winding is uniformly distributed on each turn of magnetic circuit. Pairs of these windings are connected differentially. Excitation winding is placed on center protrusion of strap. Emf which value is proportional to algebraic sum of angle of turn of controlled shafts is induced across terminals of device with angular displacements of mobile ferromagnetic core. EFFECT: expanded application field. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как для раздельного контроля угловых перемещений, так и для измерения взаимных угловых перемещений двух вращающихся объектов. The invention relates to measuring technique and can be used both for separate control of angular displacements, and for measuring mutual angular displacements of two rotating objects.

Известен преобразователь перемещений, магнитопровод которого имеет форму буквы П с длинными, параллельными друг другу стержнями прямоугольного сечения. На коротком основании магнитопровода намотана обмотка возбуждения, а измерительная обмотка равномерно распределена вдоль одного из длинных стержней магнитопровода. Между длинными стержнями магнитопровода с некоторым воздушным зазором размещается подвижной ферромагнитный сердечник, который может перемещаться вдоль стержней [1]. A known displacement transducer, the magnetic circuit of which is in the form of the letter P with long, parallel to each other rods of rectangular cross section. The excitation winding is wound on the short base of the magnetic circuit, and the measuring winding is evenly distributed along one of the long rods of the magnetic circuit. Between the long rods of the magnetic circuit with a certain air gap, a movable ferromagnetic core is placed, which can move along the rods [1].

Известен трансформаторный датчик угла поворота вала, содержащий неподвижный магнитопровод, выполненный в виде двух незамкнутых, установленных соосно и параллельно одна другой кольцевых ветвей и соединяющей эти ветви крестообразной перемычки, П-образный ротор, предназначенный для связи с контролируемым валом, обмотку возбуждения и измерительную обмотку, датчик снабжен вторым П-образным ротором, предназначенным для связи со вторым вращающимся валом, двумя дополнительными незамкнутыми кольцевыми магнитопроводящими ветвями, прикрепленными своими концами к концам его первых двух кольцевых ветвей, и второй обмоткой возбуждения, присоединенной параллельно первой, измерительная обмотка размещена на крестообразной перемычке, а обмотки возбуждения - с зазором на перемычках П-образных роторов [2]. Known transformer angle of rotation of the shaft, containing a fixed magnetic circuit, made in the form of two open, coaxially mounted parallel to one another of the annular branches and connecting these branches of the cruciform jumper, a U-shaped rotor designed to communicate with the controlled shaft, the excitation winding and the measuring winding, the sensor is equipped with a second U-shaped rotor designed for communication with the second rotating shaft, two additional open circular magnetically conductive branches, attached GOVERNMENTAL its ends to the ends of its first two branches ring and a second excitation winding, connected parallel to the first measuring coil is placed on the cruciate bridge and the field winding - with clearance on the webs U-shaped rotor [2].

Недостатками известного датчика являются сложность и громоздкость его конструкции (четыре, расположенные в два ряда кольцевых ветви). Кроме того, датчик предназначен для контроля угловых перемещений двух параллельных валов, а осуществлять контроль валов, расположенных соосно, он не позволяет. The disadvantages of the known sensor are the complexity and bulkiness of its design (four, located in two rows of annular branches). In addition, the sensor is designed to control the angular displacements of two parallel shafts, and it does not allow monitoring shafts located coaxially.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик перемещений трансформаторного типа, содержащий неподвижный магнитопровод с равномерно расположенными на нем дифференциальными измерительными обмотками и обмоткой возбуждения и подвижной сердечник, который при перемещении замыкает магнитную цепь магнитопровода, выполненного в виде двух витков, при этом обмотка возбуждения размещена на межвитковой перемычке, расположенной перпендикулярно к плоскости витков и параллельно подвижному сердечнику [3]. The closest in technical essence to the invention is a transformer type displacement sensor containing a fixed magnetic circuit with differential measuring windings evenly located on it and an excitation winding and a movable core, which when moving closes the magnetic circuit of a magnetic circuit made in the form of two turns, while the excitation winding is placed on the inter-turn jumper located perpendicular to the plane of the turns and parallel to the movable core [3].

Однако известный датчик не позволяет одновременно измерять угловые перемещения двух соосных валов. However, the known sensor cannot simultaneously measure the angular displacement of two coaxial shafts.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей трансформаторного датчика перемещений путем одновременного измерения угловых перемещений другого соосно расположенного вала. The aim of the invention is to expand the functionality of the transformer displacement sensor by simultaneously measuring the angular displacements of another coaxially located shaft.

Это достигается тем, что в датчике перемещений трансформаторного типа, содержащем выполненный в виде двух витков неподвижный магнитопровод с равномерно расположенными на нем дифференциальными измерительными обмотками, расположенный между витками подвижный сердечник, предназначенный для связи с контролируемым валом, обмотку возбуждения и расположенную перпендикулярно к плоскости витков и параллельно подвижному сердечнику ферромагнитную перемычку между витками магнитопровода, неподвижный магнитопровод снабжен третьим витком с измерительной обмоткой, а датчик - вторым подвижным сердечником, расположенным между вторым и третьим витками и предназначенным для связи с другим контролируемым валом, обмотка возбуждения размещена на прямолинейном участке среднего витка, ферромагнитная перемычка Ш-образно соединяет между собой три витка магнитопровода, а средний его виток выполнен в виде ферромагнитного обода неферромагнитного колеса. This is achieved by the fact that in a transformer type displacement transducer comprising a fixed magnetic core made in the form of two turns with differential measuring windings uniformly located on it, a movable core located between the turns, designed to communicate with a controlled shaft, an excitation winding located perpendicular to the plane of the turns and parallel to the movable core, a ferromagnetic jumper between the turns of the magnetic circuit, the fixed magnetic circuit is provided with a third coil of with a measuring winding, and the sensor with a second movable core located between the second and third turns and intended for communication with another controlled shaft, the field winding is located on a straight section of the middle turn, the ferromagnetic jumper Sh-shaped connects three turns of the magnetic circuit, and its middle turn made in the form of a ferromagnetic rim of a non-ferromagnetic wheel.

Такое выполнение датчика расширяет его функциональные возможности за счет одновременного измерения угловых перемещений другого соосно расположенного вала. This embodiment of the sensor expands its functionality by simultaneously measuring the angular displacements of another coaxially located shaft.

На фиг. 1 изображен датчик перемещений трансформаторного типа, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a transformer type displacement sensor, general view; figure 2 is a section aa in figure 1.

Датчик перемещений содержит выполненный в виде двух витков неподвижный магнитопровод 1, на котором равномерно расположены дифференциально соединенные измерительные обмотки 2 и 3, установленный между витками и предназначенный для связи с контролируемым валом подвижный сердечник 4. Неподвижный магнитопровод снабжен третьим витком с измерительной обмоткой 5, вторым подвижным сердечником 6, расположенным между вторым и третьим витками и предназначенным для связи с другим контролируемым валом. Все витки соединены между собой Ш-образной ферромагнитной перемычкой 7, а обмотка 8 возбуждения установлена на ее среднем выступе. The displacement sensor comprises a fixed magnetic circuit 1 made in the form of two turns, on which the differential connected measurement windings 2 and 3 are evenly arranged, a movable core 4 connected between the turns and intended for communication with a controlled shaft. The fixed magnetic circuit is provided with a third turn with a measuring winding 5, and a second movable a core 6 located between the second and third turns and intended for communication with another controlled shaft. All turns are interconnected by a W-shaped ferromagnetic jumper 7, and the excitation winding 8 is installed on its middle protrusion.

Перемычка 7 расположена перпендикулярно к плоскости витков и параллельно подвижным сердечником 4 и 6. Между свободными торцами витков и перемычкой 7 имеются воздушные промежутки. Каждая из измерительных обмоток 2, 3 и 5 равномерно распределены на соответствующем витке магнитопровода. Ферромагнитные сердечники 4 и 6 имеют возможность вращаться вокруг общей оси витков в плоскости, параллельной плоскости витков. The jumper 7 is located perpendicular to the plane of the turns and parallel to the movable core 4 and 6. There are air gaps between the free ends of the turns and the jumper 7. Each of the measuring windings 2, 3 and 5 are evenly distributed on the corresponding coil of the magnetic circuit. Ferromagnetic cores 4 and 6 have the ability to rotate around the common axis of the turns in a plane parallel to the plane of the turns.

В средний виток неподвижного магнитопровода может быть встроен неферромагнитный диск 9, являющийся опорой для концов валов, связанных с ферромагнитными сердечниками 4 и 6. Это повышает надежность работы датчика. A non-ferromagnetic disk 9 can be integrated into the middle turn of the stationary magnetic circuit, which is a support for the shaft ends connected with the ferromagnetic cores 4 and 6. This increases the reliability of the sensor.

Работа датчика перемещений происходит следующим образом. The motion sensor is as follows.

Рабочие магнитные потоки Φ₁ и Φ₂ (фиг.1) замыкаются по пути, показанному на чертеже штриховыми линиями. При угловом перемещении ±α первого контролируемого вала и связанного с ним сердечника 4 магнитный поток Φ₁ наводит в дифференциальных измерительных обмотках 2 и 3 ЭДС, пропорциональную угловому перемещению α. Аналогично при угловом перемещении ±β второго контролируемого вала и связанного с ним сердечника 6 магнитный поток Φ₂ наводит в дифференциальных измерительных обмотках 3 и 5 ЭДС, пропорциональную угловому перемещению β. Суммарный выходной сигнал будет равен алгебраической сумме этих ЭДС.Working magnetic fluxes Φ ₁ and Φ ₂ (figure 1) are closed along the path shown in the drawing by dashed lines. When the angular displacement ± α of the first controlled shaft and the core 4 associated with it, the magnetic flux Φ ₁ induces an EMF in the differential measuring windings 2 and 3, which is proportional to the angular displacement α. Similarly, with the angular displacement ± β of the second controlled shaft and the core 6 connected with it, the magnetic flux Φ ₂ induces an EMF in the differential measuring windings 3 and 5, which is proportional to the angular displacement β. The total output signal will be equal to the algebraic sum of these EMFs.

По полученной информации можно судить как о перемещении каждого объекта в отдельности, так и об их относительном угловом перемещении. Это позволяет расширить функциональные возможности датчика перемещений. According to the information received, one can judge both the movement of each object individually, and their relative angular displacement. This allows you to expand the functionality of the displacement sensor.

В предложенном датчике длина пути по стали для рабочих магнитных потоков Φ₁ и Φ₂ остается неизменной при любом положении подвижной части, благодаря чему обеспечивается постоянство магнитного сопротивления стального участка цепи рабочих магнитных потоков. Следовательно, величина магнитного потока не изменяется при любом положении подвижных ферромагнитных сердечников 4 и 6, что обеспечивает постоянство чувствительности датчика как по модулю, так и по фазе.In the proposed sensor, the path length along steel for working magnetic fluxes Φ ₁ and Φ ₂ remains unchanged at any position of the moving part, which ensures constant magnetic resistance of the steel section of the working magnetic flux chain. Therefore, the magnitude of the magnetic flux does not change at any position of the movable ferromagnetic cores 4 and 6, which ensures a constant sensitivity of the sensor both modulo and phase.

Датчик перемещений имеет высокую чувствительность и обеспечивает высокую степень линейности, а также неизменность фазы выходной ЭДС, что достигается симметрированием его магнитной системы путем выполнения неподвижного магнитопровода из трех витков, при этом средний виток является общим для магнитных потоков Φ₁ и Φ₂ и поэтому выполняется с большим по сравнению с остальными витками поперечным сечением. Особенностью данного датчика является также то, что в нем рабочие магнитные потоки Φ₁ и Φ₂ сцеплены с витками одной и той же измерительной обмотки 3, поэтому для дифференциального включения трех измерительных обмоток, необходимо, чтобы каждая из крайних измерительных обмоток 2 и 5 была включена встречно по отношению к средней измерительной обмотке 3.The displacement sensor has a high sensitivity and provides a high degree of linearity, as well as the unchanged phase of the output EMF, which is achieved by balancing its magnetic system by performing a fixed magnetic circuit of three turns, while the average turn is common for magnetic fluxes Φ ₁ and Φ ₂ and therefore is performed with a large cross-section compared to other turns. A feature of this sensor is also that in it the working magnetic fluxes Φ ₁ and Φ ₂ are coupled to the turns of the same measuring winding 3, therefore, for differential switching on of the three measuring windings, it is necessary that each of the extreme measuring windings 2 and 5 be turned on counter to the middle measuring winding 3.

Claims

1. TRANSFORMER TYPE MOVEMENT SENSOR for measuring angular displacements, comprising a fixed magnetic circuit made in the form of two ferromagnetic coils, two differentially connected measuring windings evenly distributed between them, and a moving core intended for communication with a controlled shaft, an excitation winding and a perpendicular to the plane of the turns of this winding and parallel to the movable core, a ferromagnetic jumper connecting the turns of m chimney duct, characterized in that, in order to expand functionality by simultaneously measuring the angular displacements of another coaxially located shaft, it is equipped with a third ferromagnetic coil with a measuring winding placed on it and a second movable core located between the second and third turns and designed to communicate with another controlled by a shaft, the ferromagnetic jumper is W-shaped, and the field winding is located on its middle protrusion.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the second turn of the stationary magnetic circuit is made in the form of a ferromagnetic rim of a non-ferromagnetic ring.