RU2096740C1 - Detector of linear movements - Google Patents

Abstract

FIELD: automatic control system. SUBSTANCE: device has main and additional magnetic circuits each of which has three bases 1-3 and 16-18, which are joined by corresponding shared rod magnetic circuit 4 and 19, pair of rod magnetic circuits 5, 6 and 20, 21, and pair of shared rod magnetic circuits 7 and 8. In addition main and additional magnetic circuits have excitation winding 9 and 22, measuring windings 10, 11, and 23, 24 and mobile member which is designed as two short-circuited screens 14, 15 and 27, 28 which are connected in series opposing. Middle bases 3 and 18 of magnetic circuit are connected to each by their ends. Through holes of bases of magnetic circuits contain measuring windings which are connected to provide separate bridge circuits which are connected in series aiding. Windings 12, 13 and 25, 26 are located in opposite arms of bridges. When mobile screens 14 and 27 are moved simultaneously, balance of magnetic bridges is upset and signal which is proportional to algebraic sum of movement of screens is output. Zero level of this signal is achieved by movement of mobile screens 15 and 28 towards same direction and by same distance as screens 14 and 27. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений, а именно к датчикам линейных перемещений. The invention relates to systems for automatic control and conversion of movements, namely, linear displacement sensors.

Известен датчик линейных перемещений, содержащий О-образный магнитопровод и пересекающий его магнитное поле экран, в основании магнитопровода выполнены сквозные отверстия, в которых расположены измерительные обмотки [1]
Недостаток указанного датчика состоит в сравнительно невысокой точности.A known linear displacement sensor containing an O-shaped magnetic circuit and a screen crossing its magnetic field, through holes are made at the base of the magnetic circuit, in which the measuring windings are located [1]
The disadvantage of this sensor is the relatively low accuracy.

Известен датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод с неподвижными обмотками и подвижным элементом, в котором неподвижные обмотки размещены попарно в отверстиях оснований магнитопровода, соединены между собой согласно и включены в мостовую схему измерения [2]
Недостаток известного датчика состоит в ограниченных функциональных возможностях, а именно в невозможности измерения двух взаимных перемещений, что не позволяет добиться нулевого сигнала на его выходе в любом положении подвижного элемента.A known linear displacement sensor containing a magnetic circuit with fixed windings and a movable element, in which fixed windings are placed in pairs in the openings of the bases of the magnetic circuit, are interconnected according to and included in the bridge measurement circuit [2]
A disadvantage of the known sensor is its limited functionality, namely, the impossibility of measuring two mutual displacements, which does not allow achieving a zero signal at its output in any position of the movable element.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод, выполненный в виде трех оснований, соединенных общим стержневым магнитопроводом, и четырех стержневых магнитопроводов, расположенных параллельно общему стержневому магнитопроводу и соединенных одним из торцов с соответствующим основанием, основания магнитопровода охвачены тремя секциями обмотки возбуждения, соединенных друг с другом последовательно-встречно, в основаниях магнитопровода выполнены сквозные отверстия, в которых расположены измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схеме, подвижный элемент выполнен в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на общем стержневом магнитопроводе с разных сторон от среднего основания [3]
Однако данный датчик не позволяет осуществлять больше двух взаимных перемещений, что следует признать недостаточным. Кроме того, кинематическая схема датчика не обладает полной симметрией, поэтому потоки рассеивания в оппозитных частях датчика будут различны, что снижает точность измерения.The closest in technical essence to the invention is a linear displacement sensor containing a magnetic circuit, made in the form of three bases connected by a common rod magnetic circuit, and four rod magnetic circuits, parallel to a common magnetic core circuit and connected by one of the ends to the corresponding base, the magnetic circuit base is covered by three sections field windings connected to each other sequentially in the opposite direction, through openings are made in the base of the magnetic circuit ment, in which are located measuring coils, connected between a bridge circuit, the movable element is in the form of two short-circuited screens arranged on a common magnetic circuit with the rod opposite sides of the middle base [3]
However, this sensor does not allow for more than two mutual movements, which should be considered insufficient. In addition, the kinematic scheme of the sensor does not have complete symmetry, therefore, the dispersion fluxes in the opposite parts of the sensor will be different, which reduces the measurement accuracy.

Цель изобретения повышение числа одновременных измерений взаимных перемещений различных объектов и повышение точности датчика. The purpose of the invention is to increase the number of simultaneous measurements of the mutual displacements of various objects and to increase the accuracy of the sensor.

Поставленная цель достигается тем, что датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод, выполненный в виде трех оснований, соединенных общим стержневым магнитопроводом, и четырех стержневых магнитопроводов, расположенных параллельно общему стержневому магнитопроводу и соединенных одним из торцов с соответствующим основанием, подвижный элемент, выполненный в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на общем стержневом магнитопроводе с разных сторон от среднего основания, основания магнитопровода охвачены тремя секциями обмотки возбуждения, соединенными друг с другом последовательно-встречно, в основаниях магнитопровода выполнены сквозные отверстия, в которых расположены измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схеме измерения, магнитопровода снабжен тремя дополнительными отверстиями, соединенными дополнительным общим стержневым магнитопроводом, и двумя дополнительными стержневыми магнитопроводами, расположенными параллельно дополнительному общему стержневому магнитопроводу, и соединенных одним из торцов с соответствующим дополнительным основанием, дополнительные основания охвачены тремя секциями дополнительной обмотки возбуждения, соединенными друг с другом последовательно-встречно, в отверстиях дополнительных оснований, в том числе в общем отверстии средних оснований, расположены дополнительные измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схема измерения, основные и дополнительные обмотки возбуждения включены между собой, например, параллельно, а основная и дополнительная мостовые схемы измерительных обмоток включены друг с другом последовательно-встречно, торец дополнительного среднего основания соединен с торцом основного среднего основания, датчик снабжен дополнительным подвижным элементом, выполненным в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на дополнительном общем стержневом магнитопроводе. This goal is achieved in that the linear displacement sensor containing a magnetic circuit, made in the form of three bases connected by a common rod magnetic circuit, and four rod magnetic circuits, parallel to a common magnetic core circuit and connected by one of the ends to the corresponding base, a movable element made in the form of two short-circuited screens located on a common core magnetic core from different sides from the middle base, the base of the magnetic core covered by three sections excitation windings connected in series with each other, through holes are made in the base of the magnetic circuit, in which measuring windings are located, connected to each other according to the bridge measurement circuit, the magnetic circuit is equipped with three additional openings connected by an additional common core magnetic circuit, and two additional core magnetic circuits located parallel to the additional common core magnetic circuit, and connected by one of the ends with the corresponding m additional base, additional bases covered by three sections of the additional field winding, connected to each other in series, in the holes of the additional bases, including the common hole of the middle bases, there are additional measuring windings connected to each other along the bridge measurement circuit, the main and additional field windings are connected to each other, for example, in parallel, and the main and additional bridge circuits of the measuring windings are connected to each other sequentially in the opposite direction, the end face of the additional middle base is connected to the end of the main middle base, the sensor is equipped with an additional movable element made in the form of two short-circuited screens located on an additional common core magnetic circuit.

Такое выполнение датчика линейных перемещений позволяет расширить функциональные возможности датчика за счет одновременного измерения перемещений двух дополнительных параллельно расположенных объектов, а также повысить точность датчика за счет полной симметрии его кинематической схемы. This embodiment of the linear displacement sensor allows you to expand the functionality of the sensor by simultaneously measuring the movements of two additional parallel objects, as well as to increase the accuracy of the sensor due to the complete symmetry of its kinematic scheme.

На чертеже изображена кинематическая схема предложенного датчика. The drawing shows a kinematic diagram of the proposed sensor.

Датчик линейных перемещений содержит магнитопровод с тремя основаниями 1 3, в которых выполнены отверстия, общий стержневой магнитопровод 4, четыре основных стержневых магнитопровода 5 8, обмотку 9 возбуждения, четыре основных измерительных обмотки 10 13 и подвижный элемент, выполненный в виде короткозамкнутых экранов 14 и 15. Основания 1 3 охвачены тремя секциями обмотки 9 возбуждения, соединенных друг с другом последовательно-встречно. В сквозных отверстиях оснований 1 и 2 магнитопровода расположены измерительные обмотки 10 и 11, включенные между собой по мостовой схеме. Обмотки 12 и 13, расположенные в противоположных плечах моста, намотаны посекционно в сквозных отверстиях первого и второго оснований магнитопровода. Магнитопровод снабжен тремя дополнительными основаниями 16 18, соединенными между собой дополнительным общим стержневым магнитопроводом 19. Дополнительные основания 16 18 охвачены тремя секциями 22 дополнительно обмотки возбуждения, соединенными друг с другом последовательно-встречно. The linear displacement sensor contains a magnetic circuit with three bases 1 3, in which holes are made, a common core magnetic circuit 4, four main core magnetic circuits 5 8, an excitation winding 9, four main measuring windings 10 13 and a movable element made in the form of short-circuited screens 14 and 15 Bases 1 to 3 are covered by three sections of the field winding 9 connected in series with each other. In the through holes of the bases 1 and 2 of the magnetic circuit, the measuring windings 10 and 11 are located, connected to each other according to the bridge circuit. The windings 12 and 13, located on the opposite shoulders of the bridge, are wound in sections through holes in the first and second bases of the magnetic circuit. The magnetic circuit is provided with three additional bases 16 18, interconnected by an additional common rod magnetic core 19. Additional bases 16 18 are covered by three sections 22 of additional excitation windings connected to each other in series.

В отверстиях дополнительных оснований 16 18 расположены дополнительные измерительные обмотки 23 26, включенные между собой по мостовой схеме. Основная 9 и дополнительная 22 обмотки возбуждения включены между собой, например, параллельно, а основная и дополнительная мостовые схемы измерительных обмоток включены друг с другом последовательно-встречно. In the openings of the additional bases 16 18 are additional measuring windings 23 26, connected among themselves according to the bridge circuit. The main 9 and additional 22 field windings are connected to each other, for example, in parallel, and the main and additional bridge circuits of the measuring windings are connected in series with each other.

Торец дополнительного основания 18 соединен с торцом основного основания 3. The end face of the additional base 18 is connected to the end face of the main base 3.

Датчик снабжен дополнительным подвижным элементом, выполненным в виде двух короткозамкнутых экранов 27 и 28, расположенных на дополнительном общем стержневом магнитопроводе 19. Стержневые магнитопроводы 7 и 8 являются общими для основного дополнительного магнитопроводов, так же как и сквозные отверстия в основании 3 и 18. The sensor is equipped with an additional movable element made in the form of two short-circuited shields 27 and 28 located on an additional common core magnetic core 19. The core magnetic cores 7 and 8 are common to the main additional magnetic cores, as well as through holes in the base 3 and 18.

Датчик линейных перемещений работает следующим образом. The linear displacement sensor operates as follows.

При перемещении подвижного короткозамкнутого экрана 14 и левую часть датчика магнитная индукция в левой части экрана уменьшается, а в средней части увеличивается, т.к. экран является значительным магнитным сопротивлением на пути магнитного потока. Вследствие этого насыщенность в стали в левой части уменьшается, а в средней части увеличивается, причем магнитные сопротивления магнитопровода вокруг сквозного отверстия в левой части уменьшатся, а в средней части увеличивается. За счет этого индуктивности обмоток 10 и 11 увеличатся, а индуктивности обмоток 12 и 13 уменьшатся. С изменением этих индуктивностей нарушится равновесие моста и на выходе появится сигнал, пропорциональный длине перемещения короткозамкнутого экрана 14. When moving the movable squirrel-cage screen 14 and the left part of the sensor, the magnetic induction on the left side of the screen decreases, and in the middle part increases, because the screen is a significant magnetic resistance in the path of magnetic flux. As a result, the saturation in steel on the left side decreases, and in the middle part increases, and the magnetic resistance of the magnetic circuit around the through hole in the left side decreases, and in the middle part increases. Due to this, the inductance of the windings 10 and 11 will increase, and the inductance of the windings 12 and 13 will decrease. With a change in these inductances, the equilibrium of the bridge is disturbed and a signal appears proportional to the length of movement of the short-circuited screen 14.

При одновременном перемещении вправо или влево дополнительного подвижного короткозамкнутого экрана 27 будут аналогично изменяться индуктивности дополнительных измерительных обмоток 23 24 и 25 26, в результате чего на выходе дополнительного моста появится сигнал, пропорциональный длине перемещения короткозамкнутого экрана 27. Поскольку основная и дополнительная мостовые схемы включены между собой встречно, на выходе преобразователя появится сигнал, пропорциональный алгебраической сумме обоих перемещений. When simultaneously moving to the right or to the left of the additional movable short-circuited screen 27, the inductances of the additional measuring windings 23 24 and 25 26 will similarly change, as a result of which an output signal will appear proportional to the length of movement of the short-circuited screen 27. Since the main and additional bridge circuits are connected to each other counter, a signal proportional to the algebraic sum of both movements will appear at the output of the converter.

Для того, чтобы в новом положении экранов 14 и 27 на выходе преобразователя получить выходной сигнал, равный нулю, необходимо подвижные короткозамкнутые экраны 15 и 28 переместить в ту же сторону и на такое же расстояние, что и экраны 14 и 27. При этом мостовые схемы вновь вернутся в состояние равновесия и на выходе преобразователя сигнал станет равен нулю. Тем самым датчик перемещений будет подготовлен для нового измерения. In order to obtain a zero output signal in the new position of the screens 14 and 27, it is necessary to move the movable short-circuited screens 15 and 28 to the same side and the same distance as the screens 14 and 27. In this case, the bridge circuits again return to the state of equilibrium and at the output of the converter the signal becomes equal to zero. Thereby, the displacement sensor will be prepared for the new measurement.

Предлагаемое выполнение датчика линейных перемещений дает возможность одновременного или последовательного измерения четырех взаимных перемещений компенсационным методом и регулирование нулевого сигнала преобразователя в любом положении подвижных экранов, жестко связанных с контролируемыми объектами. The proposed implementation of the linear displacement sensor makes it possible to simultaneously or sequentially measure four mutual displacements by the compensation method and to regulate the zero signal of the converter in any position of the movable screens rigidly connected with the controlled objects.

Claims (1)

Датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод, выполненный в виде трех оснований, соединенных общим стержневым магнитопроводом, и четырех стержневых магнитопроводов, расположенных параллельно общему стержневому магнитопроводу и соединенных одним из торцов с соответствующим основанием, подвижный элемент, выполненный в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на общем стержневом магнитопроводе с разных сторон от среднего основания, основания магнитопровода охвачены тремя секциями обмотки возбуждения, соединенными одна с другой последовательно-встречно, в основаниях магнитопровода выполнены сквозные отверстия, в которых расположены измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схеме, отличающийся тем, что магнитопровод снабжен тремя дополнительными основаниями, соединенными дополнительным общим стержневым магнитопроводом, и двумя дополнительными стержневыми магнитопроводами, расположенными параллельно дополнительному общему стержневому магнитопроводу и соединенными одним из торцов с соответствующим основным основанием, дополнительные основания охвачены тремя секциями дополнительной обмотки возбуждения, соединенными одна с другой последовательно-встречно, в отверстиях дополнительных оснований, в том числе в общем отверстии средних оснований, расположены дополнительные измерительные обмотки, включенные между собой по мостовой схеме измерения, основные и дополнительные обмотки возбуждения включены между собой параллельно, а основная и дополнительная мостовые схемы измерительных обмоток включены последовательно-встречно, торец дополнительного среднего основания соединен с торцом основного среднего основания, датчик снабжен дополнительным подвижным элементом, выполненным в виде двух короткозамкнутых экранов, расположенных на дополнительном общем стержневом магнитопроводе. A linear displacement sensor containing a magnetic circuit made in the form of three bases connected by a common rod magnetic circuit and four rod magnetic circuits located parallel to a common magnetic core and connected by one of the ends with a corresponding base, a movable element made in the form of two short-circuited screens located on a common core magnetic core from different sides from the middle base, the base of the magnetic core covered by three sections of the field winding connected one with the other in series, in the base of the magnetic core, through holes are made in which the measuring windings are located, connected by a bridge circuit, characterized in that the magnetic circuit is equipped with three additional bases connected by an additional common core magnetic circuit, and two additional core magnetic circuits located parallel to the additional common core magnetic core and connected by one of the ends with the corresponding main base, body bases are covered by three sections of the additional field winding, connected one to the other in series, in the holes of the additional bases, including in the common hole of the middle bases, additional measuring windings are located, connected to each other according to the bridge measurement circuit, the main and additional field windings are included between each other in parallel, and the main and additional bridge circuits of the measuring windings are connected in series-counter, the end face of the additional middle the base is connected to the end face of the main middle base, the sensor is equipped with an additional movable element made in the form of two short-circuited screens located on an additional common core magnetic circuit.