CZ2013817A3

CZ2013817A3 - Indukční snímač polohy využívající nelineárně navinuté cívky

Info

Publication number: CZ2013817A3
Application number: CZ2013-817A
Authority: CZ
Inventors: Jan Chlistovský
Original assignee: Jan Chlistovský
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2015-05-06
Also published as: WO2015058732A1

Abstract

Indukční snímač polohy využívající nelineárně navinuté cívky sestává ze dvou cívek, základní (L) a snímací (LS), kde základní cívka (L) je tvořena jádrem a vinutím, přičemž hustota a stoupání vinutí základní cívky (L) je nelineární. Je výhodné, když jádro má konický tvar. Dále je výhodné, když jádro má tvar prstence či neúplného prstence. Dále je výhodné, když vinutí základní cívky (L) je tvořeno motivem plošných spojů. Dále je výhodné, když snímací cívka (LS) je doplněna kondenzátorem (C) jako oscilační obvod.

Description

Indukční snímač polohy využívající nelineárně navinuté cívky

Oblast techniky

Vynález se týká snímačů polohy, případně snímačů hladin, na indukčním principu.

Dosavadní stav techniky

Dnes se pro snímání polohy využívá mnoho typů snímačů na bázi indukce. Ale většina z nich není schopna pracovat na větší vzdálenosti, případně v náročných prostředích, protože se využívá pro snímání otevřeného magnetického obvodu, kde při větších vzdálenostech neúměrně narůstají ztráty.

Dále se, pro úplnost, využívají snímače optické, které jsou citlivé na znečištění a jsou výrobně drahé.

Dalšími jsou snímače odporové, kde se využívá odporové dráhy pro měření polohy. Problémem těchto snímačů je, že se odporová dráha obtížně utěsňuje proti vnikání nečistot, a po určitém počtu pracovních cyklů se dráha opotřebuje, a tím klesá přesnost snímače.

Plovákové snímače převádějí pohyb plováku na dvoupolohový snímač hladiny (jazýčkové relé), dvoupolohové snímače mohou být řazeny za sebou, a tím získáváme skokovou informaci o hladině.

Vodivostní hladinoměry - indikují dosažené úrovně hladiny průchodem proudu mezi dvěma elektrodami a galvanicky spojenými hladinami vodivé kapaliny, avšak nesnímají kapaliny nevodivé.

Kapacitní sensory pracují na principu měření kapacity kondenzátoru, jehož elektrody jsou částečně ponořeny do kapaliny, která tvoří dielektrikum. Výška hladiny je proměnná a dielektrikum je tedy proměnné a mění se celková kapacita. Nevýhodou je, že přesnost měření závisí strmě na vlastnostech kapaliny.

» · • · · ·

Ultrazvukové snímače hladiny pracují na principu měření zpoždění vyslaného akustického signálu s frekvencí nad slyšitelným pásmem. Jejich nevýhodou je citlivost na pěnu, případně mlhu na hladině kapaliny nebo sypkého materiálu.

Radarové snímače pracují na stejném principu jako výše popsané snímače ultrazvukové, ale s frekvencí v řádech GHz a trpí stejnými nedostatky.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody ve značné míře odstraňuje indukční snímač polohy využívající nelineárně navinuté cívky, sestávající ze dvou cívek, základní a snímací, kde základní cívka je tvořena jádrem a vinutím, jehož podstata je vtom, že hustota a stoupání vinutí základní cívky je nelineární.

Dále je výhodné řešení, když jádro má konický tvar.

Dále je výhodné řešení, když jádro má tvar prstence či neúplného prstence.

Dále je výhodné řešení, když vinutí základní cívky vytvořeno motivem plošných spojů.

Dále je výhodné řešení, když snímací cívka je doplněna kondenzátorem jako oscilační obvod.

Zde uvedený a popsaný indukční snímač polohy umožňuje široký rozsah použití v průmyslu, například ke snímání hladiny kapalin. Snímač může snímat polohu v rozsahu centimetrů až jednotek metrů při větší přesnosti a variabilnosti řešení měřícího systému.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je indukční snímač polohy s cívkou tvořenou obrazcem plošného spoje.

Na obrázku 2 je sestava indukčního snímače polohy s cívkou tvořenou obrazcem plošného spoje.

• · · · · · * ·· ····· • · · «··· · 9« • · · · ··« ·· • ·· · · · » ·« • · · · · · ·* ······♦ ··· · ♦ ··· ··

Na obrázku 3 je indukční snímač polohy jako kónická cívka.

Na obrázku 4 je sestava indukčního snímače polohy s kónickou cívkou.

Na obrázku 5 je indukční snímač polohy jako válcová cívka se změnou parametrů vinutí.

Na obrázku 6 je sestava indukčního snímače polohy s válcovou cívkou.

Na obrázku 7 je zapojení indukčního snímač polohy snímače pro využití k měření elektrických ztrát v obvodu.

Na obrázku 8 je zapojení indukčního snímač polohy jako principiální zapojení se změnou indukčnosti s cívkou se závity nakrátko.

Na obrázku 9 je indukční snímač polohy s využitím ke snímání zrněny fáze obvodu.

Na obrázku 10 je indukční snímač polohy jako varianta snímače zjišťující natočení hřídele.

Na obrázku 11 je zapojení indukčního snímač polohy jako blokové schéma s praktickou realizací senzoru s měřením fáze.

Na obrázku 12 je zapojení indukčního snímač polohy jako blokové schéma s praktickou realizací senzoru

Na obrázku 13 je zapojení indukčního snímač polohy jako blokové schéma varianty snímače využívající k určení polohy měření elektrických ztrát obvodu.

Příklad provedení vynálezu

Řešení patří do rozsáhlé skupiny pasivních snímačů, kdy měřená neelektrická veličina je snímačem převedena na změnu indukčnosti a poté vyhodnocena ve vyhodnocovacím obvodě.

Podstatou principu a funkcí je (obr. 6), že na základní cívku L, která je navinuta tak, že na jednom jejím konci je hustota závitů vyšší nebo průměr cívky je větší, se navlékne druhá cívka LS, tzv. snímací, která je výrazně užší a je spojena nakrátko.

Při vzájemném posouvání těchto dvou cívek L, LS po sobě/vůči sobě se mění parametr indukčnost Lx sestavy těchto dvou cívek L, LS.

• · · · t

• · · ·

Tato závislost je ovlivněna poměrem závitů na začátku a konci základní cívky L, a dále průběhem hustoty závitů a jejího navinutí.

Ze změny indukčnosti Lx je možno určit vzájemnou polohu snímací cívky LS se závity nakrátko a základní cívky L.

Další podstatou principu a funkce je varianta (obr. 9), tedy zapojení kondenzátoru C do série se snímací cívkou LS, čímž dochází při fyzickému posouvání snímací cívky LS na základní cívce L ke změně fázových poměrů, a z tohoto lze rovněž dovodit měřenou polohu.

Jako ilustrativní j sou další příklady na přiložených obrázcích.

Na obrázku 1 je indukční snímač polohy s cívkou tvořenou obrazcem plošného spoje a na obrázku 2 je sestava indukčního snímače polohy s cívkou tvořenou obrazcem plošného spoje. Zde je využíván pro změnu indukčnosti nelineární motiv plošných spojů, kde cívka je tvořena obrazcem plošného spoje. Když po obrazci plošného spoje snímací cívku LS se závity nakrátko posouváme, v každém bodě posunu je ovlivněna jiná plocha závitů a tím dochází ke změně indukčnosti,

Na obrázku 3 je indukční snímač polohy jako kónická cívka a na obrázku 4 je sestava indukčního snímače polohy s kónickou cívkou, kde se využije konického tvaru vinutí k vytvoření nelineárně rozložené indukčnosti, a kde je zobrazena celková sestava cívek L, LS pracující jako snímač, kdy po základní cívce L se posouvá snímací cívka LS se závity nakrátko. Při jejich vzájemném posunu tak v každém bodě sestavy je jiná plocha závitů a tím dochází ke změně indukčnosti.

Na obrázku 5 je indukční snímač polohy jako válcová cívka se změnou parametrů vinutí a na obrázku 6 je sestava indukčního snímače polohy s touto válcovou cívkou, kde se využívá změny stoupání závitů vinutí k vytvoření nelineárního rozložení indukčnosti, takže tím při jejich vzájemném posunu cívek L, LS tak v každém bodě sestavy je jiná plocha závitů a tím dochází ke změně indukčnosti.

Na obrázku 7 je zapojení indukčního snímače polohy jako snímače pro využití k měření elektrických ztrát v obvodu. Zobrazuje variantu snímače, kde se pro snímání • · · · t ··♦······ · využívá měření elektrických ztrát v obvodu, čím více jsou cívky vázány, tím jsou ztráty větší a lze určit polohu snímače.

Na obrázku 8 je zapojení indukčního snímač polohy jako principiální zapojení se změnou indukčnosti se snímací cívkou LS se závity nakrátko. Zobrazuje základní zapojení snímače, kde se využívá změna indukčnosti, přičemž je použita cívka se závity nakrátko.

Na obrázku 9 je indukční snímač polohy s využitím ke snímání změna fáze obvodu. Zobrazuje základní zapojení snímače využívaného ke snímání změny fáze obvodu, přičemž je použita snímací cívka LS se sériově zapojeným kondenzátorem C.

Na obrázku 10 je indukční snímač polohy jako varianta snímače zjišťující natočení hřídele, kdy snímací cívka LS opisuje na hřídeli kruhovou osu a základní cívka L je kruhového tvaru.

Na obrázku 11 je zapojení indukčního snímač polohy jako blokové schéma s praktickou realizací senzoru s měřením fáze. Blokové schéma popisuje praktickou realizaci senzoru. Základem je základní cívka L a snímací cívka LS, která má v sérii kondenzátor C, která se po základní cívce L posouvá a tím vytváří vzájemnou změnu vazby obvodů. Oscilátor vytváří konstantní kmitočet, kde v jedné cestě je vřazen obvod cívek L, LS a kondenzátoru C a dále je obvod napojen do bloku měření fázového úhlu. Druhý výstup oscilátoru je veden opět do bloku měření fázového úhlu. Výstup z bloku měření fázového úhlu je veden do bloku mikroprocesoru a ten poté dává informaci o poloze snímače.

Na obrázku 12 je zapojení indukčního snímač polohy jako blokové schéma s praktickou realizací senzoru. Blokové schéma popisuje praktickou realizaci senzoru. Základem je základní cívka L a snímací cívka LS se závity nakrátko, která se po základní cívce L posouvá a tím ovlivňuje její indukčnost. Základní cívka L je součástí oscilátoru, kde při změně indukčnosti základní cívky L se změní kmitočet oscilátoru. Výstup oscilátoru je načítán čítačem a je dále vyhodnocován mikroprocesorovým systémem, který podává informaci o aktuální poloze.

Na obrázku 13 je zapojení indukčního snímač polohy jako blokové schéma varianty • · · ·

A _ · - ’ ··· ··»

Ό ······· ····· ···*· snímače využívající k určení polohy měření elektrických ztrát obvodu. Zobrazuje blokové schéma varianty snímače využívající k určení polohy měření elektrických ztrát snímacího obvodu. Oscilátor vytváří konstantní kmitočet a amplitudu kmitů, v cestě má vřazen obvod se základní cívkou L a snímací cívkou LS s paralelně zapojeným rezistorem R. Čím je větší vzájemná vazba cívek L, LS, tím větší jsou ztráty v obvodu, a tím je větší rozdíl napětí na vstupu porovnávacího obvodu. Z tohoto lze dopočítat ve vyhodnocovacím obvodu vzájemnou polohu obou cívek L, LS.

Claims

Patentové nároky

1.Indukční snímač polohy využívající nelineárně navinuté cívky, sestávající ze dvou cívek, základní (L) a snímací (LS), kde základní cívka (L) je tvořena jádrem a vinutím, vyznačující se tím, že hustota a stoupání vinutí základní cívky (L) je nelineární.
2. Indukční snímač polohy podle nároku 1., vyznačující se tím, že jádro má konický tvar.
3. Indukční snímač polohy podle nároku 1., vyznačující se tím, že jádro má tvar prstence či neúplného prstence.
4. Indukční snímač polohy podle nároku 1., vyznačující se tím, že vinutí základní cívky (L) je tvořeno motivem plošných spojů.
5. Indukční snímač polohy podle nároku 1., vyznačující se tím, že snímací cívka (LS), je doplněna kondenzátorem C jako oscilační obvod.