CS200350B1 - Snímač polohy lineárně ee posouvajícího tělesa - Google Patents

Description

Vynález se týká snímače polohy lineárně se posouvajícího tělesa, používaného hlavně k určení polohy tělesa nacházejícího se v hermeticky uzavřené nádobě» například ke kontrole polohy a posuvu regulačních orgánů jaderných reaktorů.

Je například znám snímač polohy posouvajícího se tělesa, obsahujícího cívky s dvojitým vinutím, uvnitř kterých se posouvá jádro z magnetického materiálu, a kontakty.

“edním z nedostatků takovéhoto snímače je potřeba kontaktů provedených jako rozpojitelné posuvné kontakty, což vyžaduje jejich pravidelnou kontrolu a údržbu, která je u těchto kontaktů těžko proveditelná, poněvadž tyto prvky jsou umístěny v nebezpečném zářivém nebo těžko přístupném pásmu.

Dalěí nedostatek snímače spočívá ve snížení měřicí přesnosti při větších posuvech řádově několika metrů, zejména v koncových oblastech posuvů, jakož i při větších posuvných rychlostech vzhledem k nemožnosti dosažení stejnoměrného rozdělení magnetického toku po celé délce posuvu.

Tyto nedostatky jsou odstraněny u snímače, podle něhož je snímač opatřen na dráze posuvu regulačního orgánu '.plynovým spouštěčem a permanentním magnetem s regulačním orgánem posouvajícím se v blízkosti plynového spouštěče. Kontakty plynových spouštěčů jsou umístěny v dutinách vyplněných netečným plynem a nevyžadují žádnou údržbu. Přesnost určení polohy regulačního orgánu snímače tohoto typu je stejná po celém posuvu a není závislá na jeho rychlosti.

200 350

200 350

Nedostatkem snímače tohoto typu je permanentní magnet, protože během Času mění svoji magnetickou charakteristiku. U reaktorů jsou tyto změny působením radioaktivního záření zvláětě závažné, což má během času za následek snížení přesnosti snímače.

Tento nedostatek je odstraněn u snímače obsahujícího primární vinutí, množství dvojic sekundárních vinutí, uspořádaných uvnitř a nebo vně primárního vinutí, a pohyblivý prvek posouvající se ve vinutí e vyrobený z magnetického materiálu ve tvaru plunžru.

Při posuvu pohyblivého prvku se mění indukční vazba mezi primárním a sekundárním vinutím a na. výstupu sekundárního vinutí se objevuje signál udávající polohu pohyblivého prvku. Primární vinutí a dvojice sekundárního vinutí jsou umístěny podél dráhy posuvu pohyblivého prvku. Snímač tohoto typu umožňuje udržení dokonalé, na času nezávislé polohy po souvajícího se tělesa. I tento snímač má věak řadu nedostatků.

K výrobě snímače tohoto typu, majícího vysokou přesnost při větřích, i několikametrových posunech, je třeba mimořádně velikého počtu sekundárních vinutí, protože tato vinutí musí být za účelem udržení vysoké přesnosti uspořádána vzájemně od sebe v nepatrných vzdálenostech a je proto třeba velikého množství úzkoprofilového materiálu. Primární vinutí musí být po celé délce posuvu pohyblivého prvku a výroba vinutí takové délky je velmi ztížena, nehledě k tomu, že spínání přijímacího zařízení - ukazatele polohy je v důsledku velikého počtu sekundárních vinutí velmi složité.

Účelem vynálezu Je konstrukce snímače polohy lineárně se pohybujícího tělesa, který zajiětuje při zachování relativní jednoduchosti konstrukce vysokou měřicí přesnost v celé oblasti posuvů snímače.

Úkolem vynálezu je provedeni magnetického snímače* polohy lineárně se posouvajícího tělesa takovým způsobem, aby byla zajiětěna vysoká měřicí přesnost v celé obletí posuvů.

Vytčený úkol je vyřeěen u snímače polohy lineárně se posouvajícího tělesa podle vynálezu, jehož podstatou je, že přemostovací prvek ve tvaru válcovité trubky je opatřen podél osy skupinami otvorů, umístěných v každé skupině po obvodu přemostovacího prvku a jed na z indukčních cívek je opatřena nejméně dvěma pólovými dvojicemi, přičemž mezu vnějěími póly indukční cívky je vzdálenost odpovídající vztahu 1

L = n (a + b) - —- ( a + 3b) , v němž a je délka otvorů přemostovacího prvku podál jeho osy posunu, b je vzdálenost mezi skupinami otvorů přemostovacího prvku a n je přirozená číselná řada začínající číslicí' n«=3.

Jedna z výhod vynálezu spočívá v zajištění vyeoké měřicí přesnosti, určené v podstatě mírami otvorů e vzdálenostmi mezi skupinami otvorů, přičemž žádoucí tolerance při mechanic kém obrábění je možnost poměrně jednoduše dodržet, bvláětě je nutné vzít zřetel na to, že počet indukčních cívek je poměrně malý, Čímž se snižuje potřeba úzkoprofilového materiálu, protože měřicí přesnost Je určena rozměry otvorů přemostovacího prvku a rozměry indukční cívky, ^onečně nepatrný počet vinutí umožňuje zapojení jednoduchého měřicího zařízení ve výstupním obvodu snímače.

200 350

Vynález Je dále blíže vysvětlen popisem jednoho příkladu konkrétního provedení s odvoláním na výkresy, v nichž obr. 1 je schematický řez snímačem polohy lineárně se posouvajícího tělesa, obr. 2 je přemostovací prvek snímače, obr. 3 schéma vinutí indukčních cívek s dvěma pólovými dvojicemi v přemostovacím prvku ve zvětšeném měřítku, a obr. 2 je grafické znázornění závislosti výstupního napětí indukční cívky s dvěma pplovými dvojicemi na posuvu přemoslovecího prvku.

Snímač polohy podle vynálezu (obr. 1) sestává ze skříně 1_ z magnetické oceli, skládající se ze dvou souose uspořádaných, ve své honu části můstkem spojeních trubek 2, £, z indukčních cívek 4_, 5., 6, 7, uspořádaných axiálně ve vnitřní trubce 2 vedle sebe a z přemostovacího prvku 8 ležícího mezi trubkami ?, 2 (též ob.??. 2j. Přemostovací prvek 8 je vyroben z magnetické hmoty a je uspořádán posuvně podél trubek 2 a 2· Fřemosťovací prvek 8 je spřažen s tělesem, jehož poloha má být zjištěna.

Provedení indukčních pivek 4, 5, 6 a všechny jsou opatřeny otevřeným magnetickým vodičem, z nichž každý má dvojici porii 9-10, 11-12, 13-14 a dvojí vinutí, a to primární vinutí 15. 16, 17 a popřípadě sekundární vinutí 18, 19. 20. Indukční cívky £, 5.» 6 jsou uspořádány vedle sebe a slouží k hrubému Číselnému určení polohy posouvajícího se tělesa. Vzdálenost mezi cívkami £,„5, £ se nastavuje podle požadované přeenĎBti určení polohy posouvajícího se tělesa, vzhledem k hrubému určení. Počet cívek 4, 2» Ř závisí na délce kontrolovaného posuvu. Cívka 7 slouží k přesnému určení polohy.

Indukční cívka 7 (obr. 4) sestává z otevřeného magnetického vodiče se dvěma pólovými dvojicemi 21-22, 23-24 a čtyřmi vinutími, a to dvěma primárními vinutími 25, 26 a dvěma sekundárními vinutími 27, 28. Schéma vinutí je podrobněji znázorněno na obr. 3.

Primární vinútí 15, 16, 17. 25. 26 jsou spojena sériově a jsou napájena střídavým proudem.

Sekundární vinutí 27. 28 jsou spojena sériově a vstřícně (diferenciální schéma vinutí).

Vinutí 25. 26, 27, 28 mohou být i v můstkovém spojení, zajištujícím dvojnásobnou velikost výstupního signálu než u zapojení diferenciálního, až na to, že při kolísání teploty vinutí je přenost můstkového zapojení podstatně nižší než u zapojení diferenciálního, které není kolísáním teploty nijak ovlivněno. Diferenciální schéma vinutí je tedy výhodnější v poměrech, kde je nutno počítat a kolísáním teploty, k nimž dochází v jaderných reaktorech.

Přemosťovaní prvek 8 je proveden ve tvaru trubky, po jejíž celé délce jsou skupiny otvorů 22» ležících vzájemně ve stejné vzdálenosti podél přemosťovaoího prvku, přičemž v keždé skupině jsou otvory uspořádány po obvodu trubky.

Vzdálenost 1 mezi vnějšími póly 21 a 24 cívky 7 je vyjádřena vztahem 1

L χ 3(a + b) (a+3b) a vzdálenost 1 mezi póly 21, 22, a 22,24 se rovná u jedné dvojice a, kde a je světlost otvorů přemostovacího prvku, b je vzdálenost mezi skupinami otvorů přemostovaoího prvku.

Je-li nutné, aby poloha posouvajícího se tělesa byla určena s Ještě větší přesností, ačkoliv míry a a b jsou velmi malé, vypočte se vzdálenost mezi vnějšími póly 21, 24 cívky

200 350 v noímálním případě uspořádání vinutí podle vztahu 1 & L - n (a + b) - (a + 3b), zatímco vzdálenost 1. mezi póly 21, 22, 23, 24 u jedné dvojice se zjistí podle vztahu l n = — (s + b) - b, kde n je přirozená číselná dráha, počínající číslicí 3, to znamení n= 3,4,5 a tak dále.

Vzdálenost mezi póly £, 10, 11, 12, 13, 14 není jinak omezena a je určena podle možnosti uspořádání vinutí.

Dále je popsána činnost snímače podle vynálezu.

Při napájení primárních vinutí 15. 16, 1? snímače vzniká na sekundárních vinutích 18, 19, 20 napětí. Na vinutích cívek 4, 5., 6 spojených přemostovacím-prvkem pro hrubé zjištění hodnot je napětí mnohonásobně vyšší než ve vinutím nepřemostěných cívek. 2a předpokladu, že uspořádání indukčních cívek ve snímači je známo a napětí na sekundárních vinutích se měří, Jemožno určit polohu čela 29 přemosíovaoího prvku, hor„í čelo 29 se bude totiž nacházet mezi některými z cívek £, 6, z nichž v jedné Je napětí v sekundárním vinutí mnohonásobně vyšší než ve vinutí druhých.

Jsou-li cívky £, £, 6 vzájemně uspořádány ve značné vzdálenosti, bude takovéto určení polohy přemosíovaoího prvku hrubé, to je málo přesné.

K přesnějšímu určení polohy čela přemostovacího pivku se využije cívky 2 (obr. 4).

Při dalším popisu činnosti snímače podle vynálezu se předpokládá, že přemostovací prvek 8 chybí,

V tomto případě budou na sekundárních vinutích 27. 28 při napájení primárních vinuti 25, 26 (obr, 3) stejně veliká napětí. Protože věak sekundární napětí 27. 28 Jsou v diferenciálním zapojení, budou se tato napětí vzájemně vyrovnávat a na výstupech 30. 31 bude napětí nulové.

Je-li přemostovací prvek 8 nasazen na indukční cívce 2 a je-li uveden do polohy, při níž se horní dvojice >ólu 21. 22 nachází proti skupinám otvorů přemostovacího prvku 8 a dolní dvojice pólu 23. 24 je proti plné části přemostovacího prvku 8, zvětšuje sa magnetický tok, procházející dolní dvojicí pólů 21. 22 a uzavírající se přemostovacím prvkem 8 proti magnetickému toku procházejícímu horní dvojicí pólů, jelikož přemostovací prvek 8 zajišťuje v této poloze větší vodivost magnetického toku pro dolní dvojidi pólu 23. 24 než pro horní dvojici pólů. Proto se napětí na dolním sekundárním vinutí 28 proti napětí na horním sekundárním vinutí 27 zvětšuje a na výstupech 30, 31 vzniká napětí.

Přesune-li ee přemostovací prvek 8 z této polohy vzhůru, vodivost pro magnetické toky procházející dvojicí pólů 21, 22 a dolní dvojicí párů 23, 24 sa nejprve vyrovná, v důsledku Čehož se vyrovnají i napětí indukovaná na vinutích, kdežto napětí na výstupech 30. 31 klesne na nulu.

Při dalším posouvání přemosíovaoího prvku 6 se vodivost magnetického toku procházejícího horní dvojici pólu 21, 22 proti magnetickému toku dolní dvojice pólů 23. 24 zvětšuje, čímž ae začíná zvětšovat napětí i na výstupech gQ. 31»

200 350

Maximální hodnoty výstupního napětí' se dosahuje, když se jedna dvojice pólů 21, 22 nachází proti plným úsekům přemoatovacího prvku 8 a druhá dvojice pólů 23, 24 je naproti skupinám otvorů přemoatovacího prvku 8, . Y f & + b *

Maxima napětí se při posunutí přernostovacího prvku ve vzdálenosti — zaměňují, přičemž a je světelnost otvoru přernostovacího prvku, b je vzdálenost mezi skupinami otvorů.

Hodnota výstupního napětí, to je signálního napětí, je vyznačena na ose y, hodnota posunu na ose x.

Poloha horního čela 29 přernostovacího prvku 8 se tedy zjištuje zhruba podle napětí indukčních cívek £, g, 6 a jemně počtem maxim napětí naměřených na výstupech 30. £1.

Shora bylo popisováno především provedení vynálezu, na němž mohou být provedeny rozmanité obměny. Tak se může například přemostovací prvek 8 skládat z množství kroužků z magnetického materiálu, uspořádaných vedle sebe a spojených vzájemně magnetickými můstky.

Používání snímače polohy pode vynálezu umožňuje určování polohy lineárně ee pohybujícího tělesa s vysokým stupněm přesnosti.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Snímač polohy lineárně se posouvajícího tělesa, sestávající z indukčních cívek s otevřenými magnetickými vodiči, uspořádanými souose zs sebou a z přernostovacího prvku z magnetického materiálu, který je epřažen s posouvajícím se tělesem, čímž jsou otevřené magnetické vodiče při posunutí tohoto prvku podél osy přemostěny, vyznačující se tím, že přemostovací prvek (8) ve tvaru válcovité trubky je opatřen podél osy skupinami otvorů (33). umístěných v každé skupině po obvodu přernostovacího prvku (8) a jedna z indukčních cívek (7) je opatřena nejméně dvěma pólovými dvojicemi (21,22,23,24), přičemž mezi vnějšími póly indukční cívky Je vzdálenost (L), odpovídající vztahu

   I = n (a ♦ b) - -j- (a + 3b), v·němž a je délka otvorů přernostovacího prvku (8) podél jeho osy posunu, b je vzdálenost mezi skupinami otvorů (33) přernostovacího prvku (8) a n je přirozená číselná řada začínající číslicí n = 3·