RU2138774C1

RU2138774C1 - Linear travel sensor

Info

Publication number: RU2138774C1
Application number: RU97119677A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Абрамцев
Original assignee: Абрамцев Евгений Петрович
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: measuring technology; position sensors in servo-drives. SUBSTANCE: sensor is made in form of magnetic amplifier with magnetic circuit in form of Ф--shaped frame. Side rods of upper and lower ports of magnetic circuit of magnetic amplifier are provided with two two-section AC windings. Other three rods are connected with six parallel rod-type magnetic circuits on both sides of magnetic amplifier; four extreme rods carry field windings. Sensor is also provided with four movable cores with measuring windings located perpendicularly relative to magnetic circuits. Field windings located on different sides of magnetic amplifier form pairs. Field windings of each pair are opposing windings. Both pairs of windings are connected in parallel. Measuring windings may be connected by bridge measuring circuit. EFFECT: linear travel sensor makes it possible to simultaneously measure linear travel and speed of four objects being monitored. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика положения и скорости в следящем электроприводе, а также в научно-техническом эксперименте. The invention relates to measuring technique and can be used as a position and speed sensor in a servo drive, as well as in a scientific and technical experiment.

Известен датчик скорости поступательного движения, содержащий снабженный сигнальной обмоткой неподвижный магнитопровод в форме рамки, разделенной на две части зазором, расположенным по диагонали продольных стержней, и связанную с контролируемым объектом и магнитную систему, один из поперечных стержней рамки выполнен в виде кольца с расположенной на нем обмоткой переменного тока, подсоединенной к нагрузочному резистору (авт. свид-во СССР N 0391483, кл. G 01 P 3/62, G 01 B 7/02, 1973 г.). A known translational speed sensor comprising a fixed magnetic core equipped with a signal winding in the form of a frame divided into two parts by a gap located along the diagonal of the longitudinal rods, and a magnetic system connected to the controlled object, one of the transverse rods of the frame is made in the form of a ring with located on it AC winding connected to a load resistor (ed. certificate of the USSR N 0391483, CL G 01 P 3/62, G 01 B 7/02, 1973).

Данный датчик обладает недостаточными функциональными возможностями, в частности он не позволяет одновременно с измерением скорости измерять также и линейное перемещение контролируемого объекта. This sensor has insufficient functionality, in particular, it does not allow measuring the linear displacement of the controlled object simultaneously with the speed measurement.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик линейных перемещений, содержащий магнитопровод с обмоткой возбуждения, неподвижный сердечник с измерительной обмоткой и нагрузочный резистор, датчик снабжен магнитным усилителем и дополнительным магнитопроводом, причем магнитопроводы с обмоткой возбуждения и дополнительный включены параллельно между собой и перпендикулярно к магнитопроводу магнитного усилителя, а подвижный сердечник размещен перпендикулярно к магнитопроводам и параллельно плоскости магнитопровода магнитного усилителя, в цепь обмотки которого включен нагрузочный резистор (авт. свид-во N 413516, кл. G 08 C 9/04, 1974 г., прототип). The closest in technical essence to the invention is a linear displacement sensor containing a magnetic circuit with a field winding, a fixed core with a measuring winding and a load resistor, the sensor is equipped with a magnetic amplifier and an additional magnetic circuit, the magnetic circuits with an excitation winding and an additional connected in parallel with each other and perpendicular to the magnetic circuit a magnetic amplifier, and the movable core is perpendicular to the magnetic cores and parallel to the plane of the magneto rovoda magnetic amplifier, in (Inventor's Certificate N 413516 of authors., cl. G 08 C 9/04, 1974, at the prototype) which included a load resistor circuit winding.

Недостатком данного датчика является то, что он не позволяет одновременно измерять линейное перемещение и скорость других контролируемых объектов. The disadvantage of this sensor is that it does not simultaneously measure the linear displacement and speed of other controlled objects.

Задачей изобретения является обеспечение возможности одновременного измерения линейного перемещения и скорости четырех контролируемых объектов. The objective of the invention is the ability to simultaneously measure linear displacement and speed of four controlled objects.

Для этого датчик линейных перемещений, содержащий основной магнитопровод с основной обмоткой возбуждения, первый дополнительный магнитопровод, основной подвижный сердечник с основной измерительной обмоткой, магнитный усилитель и нагрузочный резистор, причем основной магнитопровод с основной обмоткой возбуждения и первый дополнительный расположены параллельно друг другу и перпендикулярно магнитопроводу магнитного усилителя. Основной подвижный сердечник размещен перпендикулярно к основному и первому дополнительному магнитопроводам и параллельно плоскости магнитопровода магнитного усилителя, в цепь обмотки переменного тока которого включен нагрузочный резистор. For this, a linear displacement sensor containing a main magnetic circuit with a main field winding, a first additional magnetic circuit, a main movable core with a main measuring winding, a magnetic amplifier and a load resistor, the main magnetic circuit with a main field winding and the first additional located parallel to each other and perpendicular to the magnetic circuit amplifier. The main movable core is placed perpendicular to the main and first additional magnetic cores and parallel to the plane of the magnetic circuit of the magnetic amplifier, the load resistor is included in the circuit of the AC winding thereof.

Датчик снабжен четырьмя дополнительными магнитопроводами и тремя дополнительными сердечниками с дополнительными измерительными обмотками. При этом второй дополнительный магнитопровод с дополнительной обмоткой возбуждения расположен на той же стороне магнитного усилителя, что и основной магнитопровод, параллельно основному магнитопроводу и перпендикулярно плоскости магнитопровода магнитного усилителя, а третий, четвертый и пятый дополнительные магнитопроводы расположены на противоположной стороне магнитного усилителя соосно первым трем магнитопроводам, параллельно между собой и перпендикулярно плоскости магнитного усилителя, причем крайние из них (третий и пятый) снабжены дополнительными обмотками возбуждения. The sensor is equipped with four additional magnetic cores and three additional cores with additional measuring windings. The second additional magnetic circuit with an additional field winding is located on the same side of the magnetic amplifier as the main magnetic circuit, parallel to the main magnetic circuit and perpendicular to the plane of the magnetic circuit of the magnetic amplifier, and the third, fourth and fifth additional magnetic circuits are located on the opposite side of the magnetic amplifier coaxially with the first three magnetic circuits parallel to each other and perpendicular to the plane of the magnetic amplifier, and the extreme ones (third and fifth) with abzheny additional excitation windings.

Магнитопровод магнитного усилителя выполнен в виде Ф-образной рамки, на боковых стержнях нижнего окна которого расположена дополнительная двухсекционная обмотка переменного тока, дополнительные подвижные сердечники с измерительными обмотками расположены перпендикулярно к магнитопроводам, между которыми они размещены. The magnetic circuit of the magnetic amplifier is made in the form of an F-shaped frame, on the side rods of the lower window of which there is an additional two-section winding of alternating current, additional movable cores with measuring windings are perpendicular to the magnetic circuits between which they are placed.

Такое выполнение датчика линейных перемещений повышает его функциональные возможности, так как позволяет осуществлять одновременное измерение линейного перемещения и скорости четырех контролируемых объектов. This embodiment of the linear displacement sensor increases its functionality, as it allows the simultaneous measurement of linear displacement and speed of four controlled objects.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый датчик, на фиг. 2 - электрическая схема включения нагрузочного резистора в цепь обмоток переменного тока. In FIG. 1 schematically shows the proposed sensor, in FIG. 2 is an electrical circuit for connecting a load resistor to an alternating current winding circuit.

Датчик линейных перемещений содержит магнитный усилитель 1 с магнитопроводом, выполненным в виде Ф-образной рамки, на четырех боковых стержнях которой расположены двухсекционные обмотки 2 и 3 переменного тока, основной 4 и первый дополнительный 5 магнитопроводы, основную обмотку 6 возбуждения, расположенную на основном магнитопроводе 4, основной подвижный сердечник 7 с основной измерительной обмоткой 8, нагрузочный резистор 9 (фиг. 2), включенный в цепь обмоток 2 и 3 переменного тока. The linear displacement sensor contains a magnetic amplifier 1 with a magnetic circuit made in the form of an F-shaped frame, on the four side rods of which are two-section windings 2 and 3 of alternating current, the main 4 and the first additional 5 magnetic circuits, the main excitation winding 6 located on the main magnetic circuit 4 , the main movable core 7 with the main measuring winding 8, a load resistor 9 (Fig. 2), included in the circuit of the windings 2 and 3 of alternating current.

Датчик снабжен четырьмя дополнительными магнитопроводами 10-13 и тремя дополнительными подвижными сердечниками 14-16 с дополнительными измерительными обмотками 17- 19 соответственно. При этом дополнительный магнитопровод 10 с дополнительной обмоткой 20 возбуждения расположен на той же стороне магнитного усилителя 1, что и основной магнитопровод 4, а дополнительные магнитопроводы 11-13 расположены на противоположной стороне магнитного усилителя 1 соосно магнитопроводам другой стороны. Крайние дополнительные магнитопроводы 11 и 13 снабжены дополнительными обмотками 21 и 22 возбуждения соответственно. The sensor is equipped with four additional magnetic cores 10-13 and three additional movable cores 14-16 with additional measuring windings 17-19, respectively. Moreover, an additional magnetic circuit 10 with an additional field winding 20 is located on the same side of the magnetic amplifier 1 as the main magnetic circuit 4, and the additional magnetic circuits 11-13 are located on the opposite side of the magnetic amplifier 1 coaxially with the magnetic circuits of the other side. Extreme additional magnetic circuits 11 and 13 are provided with additional field windings 21 and 22, respectively.

Дополнительный магнитопровод 10 с дополнительной обмоткой 20 возбуждения включен параллельно основному магнитопроводу 4 и перпендикулярно к плоскости магнитопровода магнитного усилителя 1, а дополнительные магнитопроводы 11-13 включены параллельно между собой и перпендикулярны к плоскости магнитопровода магнитного усилителя 1. Дополнительные подвижные сердечники 14-16 с соответствующими дополнительными измерительными обмотками 17-19 расположены перпендикулярно к магнитопроводам, между которыми они размещены. Основная 6 и дополнительная 20 обмотки возбуждения, а также дополнительные обмотки 21 и 22 возбуждения в каждой паре включены встречно между собой, а обе указанные пары обмоток возбуждения включены между собой параллельно. Обмотки 2 и 3 переменного тока включены между собой также параллельно. Основная 8 и дополнительные 17-19 измерительные обмотки могут быть включены по мостовой схеме измерения. An additional magnetic circuit 10 with an additional field winding 20 is connected parallel to the main magnetic circuit 4 and perpendicular to the plane of the magnetic circuit of magnetic amplifier 1, and additional magnetic circuits 11-13 are connected in parallel with each other and perpendicular to the plane of the magnetic circuit of magnetic amplifier 1. Additional movable cores 14-16 with corresponding additional measuring windings 17-19 are perpendicular to the magnetic circuits, between which they are placed. The main 6 and additional 20 field windings, as well as additional field windings 21 and 22 in each pair, are turned on one another, and both of these pairs of field windings are connected in parallel with each other. Windings 2 and 3 of alternating current are also connected to each other in parallel. The main 8 and additional 17-19 measuring windings can be included in the bridge measurement circuit.

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

При одиночном контроле перемещений объектов (не показаны) все измерительные обмотки 8 и 17-19 выдают результаты измерений независимо друг от друга. При совместном контроле объектов, когда необходимо получить суммарное значение их параметров (что зачастую требуется при научном эксперименте), соединяются переключателем (не показан) по мостовой схеме измерения, и на выходе системы появляется сигнал, пропорциональный алгебраической сумме перемещений или скоростей контролируемых объектов. With a single control of the movements of objects (not shown), all measuring windings 8 and 17-19 give the measurement results independently of each other. In the joint control of objects, when it is necessary to obtain the total value of their parameters (which is often required in a scientific experiment), they are connected by a switch (not shown) according to the bridge measurement circuit, and a signal appears on the system output proportional to the algebraic sum of the movements or speeds of the controlled objects.

Сигнал, пропорциональный скорости, снимается с измерительных обмоток 8, 17-19, а ЭДС в этих вспомогательных обмотках возникает за счет изменения во времени числа витков обмоток 6, 20-22 возбуждения. Принцип действия датчика состоит в том, что при перемещении подвижного сердечника (например, основного сердечника 7) магнитный поток постоянного тока, поступающий в замкнутый магнитопровод магнитного усилителя 1, меняет свою величину, так как количество витков основной обмотки 6 возбуждения основного магнитопровода 4, сцепленных с основным подвижным сердечником 7, меняется. При этом происходит подмагничивание магнитного усилителя, что сказываемся на токе в нагрузочном резисторе 9. Изменение этого тока пропорционально величине перемещения основного подвижного сердечника 7. Одновременно с этим при перемещении основного подвижного сердечника 7 происходит изменение магнитного потока, пронизывающего этот сердечник. Поэтому в основной измерительной обмотке 8, намотанной на этом сердечнике таким образом, чтобы ось намотки была перпендикулярна к направлению движения подвижного сердечника, возникает ЭДС, пропорциональная скорости перемещения основного подвижного сердечника 7. A signal proportional to the speed is removed from the measuring windings 8, 17-19, and the EMF in these auxiliary windings arises due to the change in time of the number of turns of the excitation windings 6, 20-22. The principle of operation of the sensor is that when moving the movable core (for example, the main core 7), the DC magnetic flux entering the closed magnetic circuit of the magnetic amplifier 1 changes its value, since the number of turns of the main excitation winding 6 of the main magnetic circuit 4, coupled to the main movable core 7 is changing. In this case, the magnetization of the magnetic amplifier occurs, which affects the current in the load resistor 9. The change in this current is proportional to the displacement of the main movable core 7. At the same time, when the main movable core 7 moves, the magnetic flux penetrating this core changes. Therefore, in the main measuring winding 8 wound on this core so that the axis of the winding is perpendicular to the direction of movement of the movable core, an EMF is proportional to the speed of movement of the main movable core 7.

Аналогично происходит и работа датчика при перемещении дополнительных подвижных сердечников 14-16. Similarly, the operation of the sensor occurs when moving additional movable cores 14-16.

При одновременном перемещении основного 7 и дополнительных 14 - 16 подвижных сердечников (измерительные обмотки этих сердечников включены по мостовой схеме) величина тока в нагрузочном резисторе 9 и ЭДС на выходе объединенных измерительных обмоток 8, 17-19 будут пропорциональны алгебраической сумме перемещений и скоростей контролируемых объектов соответственно. With the simultaneous movement of the main 7 and additional 14 - 16 movable cores (the measuring windings of these cores are connected according to the bridge circuit), the current in the load resistor 9 and the EMF at the output of the combined measuring windings 8, 17-19 will be proportional to the algebraic sum of the movements and speeds of the controlled objects, respectively .

Claims

A linear displacement sensor comprising a main magnetic circuit with a main field winding, a first additional magnetic circuit, a main movable core with a main measuring winding, a magnetic amplifier and a load resistor, the main magnetic circuit with a main field winding and a first additional located parallel to each other and perpendicular to the magnetic circuit of the magnetic amplifier, the main movable core is perpendicular to the main and first additional magnetic cores and parallel in relation to the plane of the magnetic circuit of the magnetic amplifier, in the AC winding circuit of which a load resistor is included, characterized in that it is equipped with four additional magnetic circuits and three additional cores with additional measuring windings, while the second additional magnetic circuit with an additional excitation winding is located on the same side of the magnetic amplifier as the main magnetic circuit, parallel to the main magnetic circuit and perpendicular to the plane of the magnetic circuit of the third amplifier, and the third, fourth and fifth additional magnetic circuits are located on the opposite side of the magnetic amplifier coaxially with the first three magnetic circuits, parallel to each other and perpendicular to the plane of the magnetic amplifier, the extreme ones (third and fifth) provided with additional field windings, the magnetic circuit of the magnetic amplifier is made in in the form of an F-shaped frame, on the side rods of the lower window of which an additional two-section AC winding is located erdechniki with measuring coils are arranged perpendicular to the magnetic circuit, between which they are placed.