RU95101U1 - Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в качестве первичного измерительного преобразователя положения.

Предложен индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения, содержащий обмотки и перемещающийся индуктор, установленный внутри соосно обмоткам, имеющий хотя бы один магнитопроводящий участок, отличающийся тем, что дополнительно введена кольцеобразная электропроводящая немагнитопроводящая перекрывающая магнитные потоки обмоток вставка, имеющая, хотя бы один, сквозной разрез, например радиальный, по обеим сторонам которой расположены обмотки.

1 н.п. ф-лы; 18 илл.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в качестве первичного измерительного преобразователя положения.

Известен индуктивный первичный измерительный преобразователь положения, содержащий катушку индуктивности, соосно которой внутри установлен перемещающийся магнитопроводящий индуктор, связанный с контролируемым объектом, перемещение которого вызывает изменение индуктивности [1].

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность и большая погрешность определения положения контролируемого объекта.

Известен первичный измерительный преобразователь положения, содержащий обмотки и перемещающийся магнитопроводящий индуктор, установленный внутри соосно обмоткам, обмотки сопрягаются по торцевым поверхностям через воздушный зазор [2].

Недостатком известного устройства так же является малая точность фиксации положения.

Заявляемая полезная модель направлена на повышение точности фиксации положения (обнаружения) контролируемого объекта.

Это достигается тем, что в чувствительный элемент индуктивного (трансформаторного) первичного измерительного преобразователя положения, содержащий обмотки и перемещающийся индуктор, установленный внутри соосно обмоткам, имеющий хотя бы один магнитопроводящий участок, дополнительно введена кольцеобразная электропроводящая немагнитопроводящая перекрывающая магнитные потоки обмоток вставка, имеющая, хотя бы один, сквозной разрез, например радиальный, по обеим сторонам которой расположены обмотки.

Как вариант исполнения, возможно, что вставка выполнена в форме диска.

Как вариант исполнения, возможно, что вставка состоит из последовательного сопряжения нескольких кольцеобразных электропроводящих диамагнитных элементов.

Как вариант исполнения, возможно, что индуктор, связанный с контролируемым объектом, представляет собой диамагнитный стержень, имеющий на внешней цилиндрической поверхности, хотя бы один, магнитопроводящий участок.

Как вариант исполнения, возможно, что индуктор, связанный с контролируемым объектом, представляет собой магнитопроводящий стержень, имеющий возможность входить и выходить из внутренней зоны, перекрытой электропроводящей диамагнитной вставкой.

Как вариант исполнения, возможно, что обмотки индуктивного первичного измерительного преобразователя соединены так, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно.

Как вариант исполнения, возможно, что первичные обмотки трансформаторного первичного измерительного преобразователя соединены так, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно, а вторичные обмотки включены последовательно встречно или параллельно встречно.

Как вариант исполнения, возможно, что хотя бы с одной внешней торцевой стороны закреплена дополнительно введенная опора индуктора.

Как вариант исполнения, возможно, что одна или несколько дополнительно введенных опор индуктора закреплены в зазоре между обмотками и индуктором.

Как вариант исполнения, возможно, что обмотки закреплены на дополнительно введенных втулках, сопряженных по торцевым поверхностям через диамагнитную электропроводящую вставку, причем внутренний диаметр втулок равен или больше диаметра индуктора.

Как вариант исполнения, возможно, что обмотки заключены в дополнительно введенную обечайку по их внешней цилиндрической поверхности.

Как вариант исполнения, возможно, что обмотки заключены в дополнительно введенную обечайку по их внешней цилиндрической поверхности и одной из торцовых поверхностей.

Как вариант исполнения, возможно, что обмотки заключены в дополнительно введенную обечайку по их внешней цилиндрической поверхности и торцевым поверхностям.

Как вариант исполнения, возможно, что обечайка имеет хотя бы одно торцевое отверстие диаметром не менее диаметра индуктора.

Как вариант исполнения, возможно, что втулки являются опорами индуктора.

Как вариант исполнения, возможно, что кольцеобразные элементы вставки электрически изолированы между собой.

Как вариант исполнения, возможно, что разрезы кольцеобразных элементов вставки совпадают.

Как вариант исполнения, возможно, что разрезы кольцеобразных элементов вставки не совпадают, причем разрез одного кольцеобразного элемента перекрывается изолированными между собой электропроводящими диамагнитными участками других элементов.

Обмотки индуктивного (трансформаторного) первичного измерительного преобразователя положения, разделенные кольцеобразной электропроводящей немагнитопроводящей, перекрывающей магнитные потоки обмоток, вставкой, увеличивают точность фиксации положения.

Разрез диамагнитной электропроводящей вставки, позволяет уменьшить кольцевые токи и соответственно потери, когда магнитные потоки обмоток замыкаются через индуктор, что повышает чувствительность первичного измерительного преобразователя, т.к. увеличивается относительное изменение индуктивности обмоток датчика.

Составная диамагнитная электропроводящая вставка, выполненная в виде набора кольцеобразных элементов, электрически изолированных между собой, разрезы которых повернуты друг относительно друга, делает невозможным беспрепятственное проникновение магнитного потока через разрез вставки, когда основная часть магнитного потока замыкается через индуктор, что повышает чувствительность первичного измерительного преобразователя.

Обмотки чувствительного элемента индуктивного типа и первичные обмотки чувствительного элемента трансформаторного типа закрепленные на диамагнитной электропроводящей вставке увеличивают чувствительность.

Опоры индуктора увеличивают ресурс чувствительного элемента.

Обечайка чувствительного элемента обеспечивает технологичность изготовления и эксплуатации первичного измерительного преобразователя.

При различных вариантах исполнения, индуктивный чувствительный элемент, посредством индуктора, связанного с контролируемым объектом, обеспечивает получение информации о нахождении контролируемого объекта в заданной области.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам, заявленным в полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию "новизна".

Для проверки соответствия заявленной полезной модели требованию уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной полезной модели, результаты которого показывают, что заявленная полезная модель не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленной полезной модели преобразований для достижения технического результата, в частности заявленной полезной моделью не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого случая результата;

- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;

- выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует требованию " уровень".

На фиг.1 - фиг.2 приведен чувствительный элемент датчика обнаружения в объеме независимого пункта 1 формулы полезной модели. На фиг.3 - фиг.8 раскрыты варианты электропроводящей диамагнитной вставки. На фиг.9 и фиг.10 раскрыты варианты конструкции индуктора. На фиг.11, фиг.12 и фиг.13 представлены варианты конструкции обечайки и втулок, на которых закреплены обмотки. На фиг.14 - фиг.18 приведены электрические схемы измерительных цепей в зависимости от положения индуктора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Чувствительный элемент на фиг.1 индуктивного (трансформаторного) первичного измерительного преобразователя положения, содержит обмотки 3 и перемещающийся индуктор 1. Индуктор 1 установлен внутри соосно обмоткам 3, имеет, хотя бы один, магнитопроводящий участок. В чувствительный элемент дополнительно введена кольцеобразная электропроводящая немагнитопроводящая, перекрывающая магнитные потоки обмоток 3, вставка 2, имеющая, хотя бы один, сквозной разрез, например радиальный, по обеим сторонам которой расположены обмотки 3.

Чувствительный элемент на фиг.2 трансформаторного первичного измерительного преобразователя положения, содержит первичные обмотки 3, вторичные обмотки 4 и перемещающийся индуктор 1. Индуктор 1 установлен внутри соосно обмоткам 3 и 4, имеет, хотя бы один, магнитопроводящий участок. В чувствительный элемент дополнительно введена кольцеобразная электропроводящая немагнитопроводящая перекрывающая магнитные потоки обмоток вставка 2, имеющая, хотя бы один, сквозной разрез, например радиальный, по обеим сторонам которой расположены обмотки 3 и 4.

Индуктор 1 на фиг.9 содержит магнитопроводящий 5 и немагнитопроводящий участок 6.

Индуктор 1 на фиг.10 представляет собой немагнитопроводящий стержень 6, имеющий на внешней цилиндрической поверхности магнитопроводящий участок 5.

Чувствительный элемент на фиг.11 сопрягается по внешней цилиндрической поверхности внешнего контура с обечайкой 7, обмотки закреплены на втулках 8.

Чувствительный элемент на фиг.12 сопрягается по внешней цилиндрической поверхности внешнего контура и одной из торцовых поверхностей с обечайкой 7, обмотки закреплены на втулках 8.

Чувствительный элемент фиг.13 сопрягается по внешней цилиндрической поверхности внешнего контура и торцевым поверхностям с обечайкой 7, обмотки закреплены на втулках 8.

Чувствительный элемент индуктивного типа на фиг.1 работает следующим образом.

При подаче на обмотки 3 чувствительного элемента гармонического или импульсного сигнала, когда в зоне диамагнитной электропроводящей вставки 2 находится диамагнитный участок индуктора 1, например, электропроводящий, магнитные потоки обмоток 3 не взаимодействуют, наводя ЭДС в диамагнитной электропроводящей вставке 2 и диамагнитном диэлектрическом участке индуктора. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг.14, где 9 - образцовое сопротивление; 10 - индуктивность диамагнитной электропроводящей вставки 2 и диамагнитного диэлектрического участка индуктора 1; 11 - внутреннее электрическое сопротивление вставки 2 и диамагнитного диэлектрического участка индуктора (R~0). Таким образом, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится диамагнитный участок индуктора 1, обмотки 3 чувствительного элемента, диамагнитная вставка 2 и диамагнитный диэлектрический участок индуктора работают как трансформаторы в режиме короткого замыкания. В таком режиме часть энергии магнитного поля обмоток 3 передается на электропроводящую диамагнитную вставку 2 и диамагнитный диэлектрический участок индуктора, где преобразуется в токи Фуко, а часть отжимается магнитным полем, образованным токами Фуко, и рассеивается в пространство. При этом индуктивность обмоток 3 L₀₁ стремиться к нулю. Их комплексное сопротивление Z₀₁ становиться равным Z₀₁=jωL₀₁+r, (где ω - частота напряжения питания; r - активное сопротивление обмоток), которое так же имеет небольшое значение.

Такой режим работы чувствительного элемента можно заменить схемой, которая представлена на фиг.15. В которой сопротивление элемента 11 эквивалентно параллельному включению активного сопротивления обмоток с внутренним сопротивлением диамагнитной электропроводящей вставки и диамагнитного диэлектрического участка индуктора 1. Таким образом, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится немагнитопроводящий участок индуктора 1, комплексное сопротивление чувствительного элемента мало, а, следовательно, и падение напряжения на нем также имеет небольшое значение.

При перемещении индуктора 1, связанного с контролируемым объектом, в зону диамагнитной вставки 2 входит магнитопроводящий участок индуктора 1, основная часть магнитных потоков, направленных встречно замыкается через индуктор 1 и воздушный промежуток между обмотками, сопротивление которого магнитному потоку мало из-за большой протяженности. Эквивалентная схема такого режима работы представлена на фиг.16. При этом суммарный магнитны поток резко уменьшается, потери энергии также уменьшаются и ими можно пренебречь. Индуктивность чувствительного элемента становится равна

L₀₂=L₁+L₂-µL₁L₂.

где L₁, L₂ - индуктивности соответственно первой и второй обмоток чувствительного элемента.

Сопротивление чувствительного элемента

Z₀₂=jω(L₁+L₂-µL₁L₂)+r₁+r₂

В данном случае (L₁+L₂) много больше, чем µL₁L₂, а, следовательно, Z₀₂ много больше, чем Z₀₁, что соответствует большему падению напряжения на чувствительном элементе, когда в зоне диамагнитной вставки находится магнитопроводящий участок индуктора. Таким образом, контролируя падение напряжения на чувствительном элементе, например, с помощью делителя напряжения на образцовых индуктивном или резистивном элементах, можно получать однозначную информацию о том, какой участок индуктора находится в зоне диамагнитной электропроводящей вставки 2.

Чувствительный элемент трансформаторного типа на фиг.2 работает следующим образом.

При подаче на первичные обмотки 3 чувствительного элемента гармонического или импульсного сигнала, когда в зоне диамагнитной электропроводящей вставки 2 находится диамагнитный участок индуктора 1, например, электропроводящий, магнитные потоки обмоток 3 не взаимодействуют, наводя ЭДС в диамагнитной электропроводящей вставке 2 и диамагнитном диэлектрическом участке индуктора, при этом часть энергии магнитного поля обмоток трансформируется в диамагнитную электропроводящую вставку и диамагнитный диэлектрический участок индуктора, где преобразуется в токи Фуко, а часть отжимается магнитным полем, образованным этими токами, и рассеивается в пространство. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг.17, где 10 - индуктивность диамагнитной электропроводящей вставки 2 и диамагнитного диэлектрического участка индуктора; 11 - внутреннее электрическое сопротивление вставки 2 и диамагнитного диэлектрического участка индуктора (R~0). Таким образом, когда в зоне диамагнитной вставки 2 находится диамагнитный участок индуктора 1, обмотки 3 чувствительного элемента, диамагнитная вставка 2 и диамагнитный диэлектрический участок индуктора работают как трансформаторы в режиме короткого замыкания. При этом ЭДС индукции, наводимая во вторичных обмотках 4, включенных последовательно встречно, имеет небольшое значение.

При перемещении индуктора 1, связанного с контролируемым объектом в зону диамагнитной вставки 2 входит магнитопроводящий участок индуктора 1, основная часть магнитных потоков, направленных встречно, замыкается через индуктор 1 и воздушный промежуток между обмотками, сопротивление которого магнитному потоку мало из-за большой протяженности, диамагнитная вставка, как бы, экранируется индуктором, т.е. магнитный поток замыкается не на диэлектрическую диамагнитную вставку, а через магнитопроводящий участок индуктора. Электрическая схема измерительной цепи представлена на фиг.18. При этом потери энергии резко уменьшаются, а ЭДС индукции, наводимая во вторичных обмотках 4 увеличивается.

Контролируя напряжение, наводимое во вторичных обмотках 4 чувствительного элемента, можно получать однозначную информацию о том, какой участок индуктора находится в зоне диамагнитной электропроводящей вставки 2.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:

- средство, выполняющее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в измерительной технике;

- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Патент РФ №2221988, НКл, МКл 7 G01B 7/14, 2002

2. Датчики теплофизических и механических параметров: Справочник в трех томах. Т.I (кн.1) / Под общ. ред. Ю.Н.Коптева; Под ред. Е.Е.Багдатьева, А.В.Гориша, Я.В.Малкова. - М.: ИПРЖР, 1998. - 458 с.: ил. - с.40, рис.2.10 (б).

Claims (13)

1. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения, содержащий обмотки и перемещающийся индуктор, установленный внутри соосно обмоткам, имеющий хотя бы один магнитопроводящий участок, отличающийся тем, что дополнительно введена кольцеобразная электропроводящая немагнитопроводящая перекрывающая магнитные потоки обмоток вставка, имеющая хотя бы один сквозной разрез, например радиальный, по обеим сторонам которой расположены обмотки.

2. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена в форме диска.

3. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что вставка состоит из последовательного сопряжения нескольких кольцеобразных электропроводящих диамагнитных элементов.

4. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что индуктор, связанный с контролируемым объектом, представляет собой диамагнитный стержень, имеющий на внешней цилиндрической поверхности хотя бы один магнитопроводящий участок.

5. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что индуктор, связанный с контролируемым объектом, представляет собой магнитопроводящий стержень, имеющий возможность входить и выходить из внутренней зоны, перекрытой электропроводящей диамагнитной вставкой.

6. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что обмотки индуктивного первичного измерительного преобразователя соединены так, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно.

7. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что первичные обмотки трансформаторного первичного измерительного преобразователя соединены так, что создаваемые ими магнитные потоки направлены встречно, а вторичные обмотки включены последовательно встречно или параллельно встречно.

8. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что хотя бы с одной внешней торцевой стороны закреплена дополнительно введенная опора индуктора.

9. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что одна или несколько дополнительно введенных опор индуктора закреплены в зазоре между обмотками и индуктором.

10. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что обмотки закреплены на дополнительно введенных втулках, сопряженных по торцевым поверхностям через диамагнитную электропроводящую вставку, причем внутренний диаметр втулок равен или больше диаметра индуктора.

11. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что обмотки заключены в дополнительно введенную обечайку по их внешней цилиндрической поверхности.

12. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что обмотки заключены в дополнительно введенную обечайку по их внешней цилиндрической поверхности и одной из торцовых поверхностей.

13. Индуктивный (трансформаторный) первичный измерительный преобразователь положения по п.1, отличающийся тем, что обмотки заключены в дополнительно введенную обечайку по их внешней цилиндрической поверхности и торцевым поверхностям.