SU1677640A1 - Устройство дл измерени быстромен ющихс неэлектрических величин - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и предназначено дл  измерени  быстромен ющихс  неэлектрических величин. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и экономи  энергоресурса источника питани  за счет использовани  энергии перемещаемого объекта измерени . При перемещении ферромагнитного сердечника с расположенными на нем посто нными магнитами на дополнительной обмотке,  вл ющейс  составной частью генераторной части датчика- , индуктируетс  ЭДС, котора  прикла- дываетс  к обмотке питани  параметрической части датчика. На выходе датчика формируетс  аналоговый сигнал, пропорциональный скорости перемещени  ферромагнитного сердечника. Измерительный преобразователь осуществл ет обработку сигналов датчика и формирование на выходах устройства сигналов, пропорциональных перемещению и скорости измер емого объекта. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, конкретно к измерени м неэлектрических величин параметрическими датчиками.

Целью изобретени   вл етс  экономи  энергоресурса источника питани  за счет использовани  энергии их измер емого объекта, расширение функциональных возможностей .

На фиг. 1 приведена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - соленоидный датчик устройства.

Устройство дл  измерени  быстромен ющихс  неэлектрических величин содержит соленоидный датчик 1 и измерительный преобразователь 2. Соленоидный датчик 1

снабжен обмоткой 3 питани , измерительной обмоткой 4, состощей из двух соединен- ных последовательно встречно полуобмоток, дополнительной индукционной обмоткой 5 и жестко св занным с изме- р емым объектом ферромагнитным сердечником 6, на концах которого установлены посто нные магниты 7 и 8,  вл ющиес  источником посто нного магнитного пол , направленного вдоль оси соленоидного датчика 1.

Измерительный блок 2 устройства снабжен выпр мителем 9, вычитающим блоком 10, первым и вторым фазочувствительными выпр мител ми 11 и 12, логометрическим преобразователем 13, блоком 14 реверсивDS XI

S4

к

О

ного счета и образцовым резистором 15. Обмотки 3-5 соленоидного датчика размещены на полом цилиндрическом диэлектрическом каркасе 16 внутри цилиндрического ферромагнитного экрана 17, а ферромагнитный сердечник 6 на торцах имеет цилиндрические полюсные наконечники 18 и 19, размещен внутри каркаса 16 так, что обеспечена возможность перемещени  ферромагнитного сердечника 6 внутри каркаса 16.

На внешней поверхности каркаса 16 по длине расположены окружные пазы 20, имеющие в профиле форму полупериода синусоиды . В пазах 20 уложена дополнительна  обмотка 5, участки которой, размещенные в соседних пазах, соединены между собой последовательно встречно. Обмотка 3 питани  соленоидного датчика 1 выполнена с равномерным распределением витков здоль оси каркаса, а кажда  из половин измерительной обмотки 4 имеет от середины каркаса 21 к его кра м линейно распределенное число витков во взаимопротивоположных направлени х .

Устройство работает следующим образом .

Посто нные магниты 7 и 8 создают в магнитной цепи устройства посто нный магнитный поток, замкнутый в направлении , показанном на фиг. 2 пунктирной линией . При этом посто нный магнитный поток охватывает часть витков индукционной обмотки 5, часть витков обмотки питани  3 и часть витков измерительной обмотки 4.

При перемещении объекта происходит изменение разности между числами встречно включенных витков участков индукционной обмотки 5, охваченных посто нным магнитным потоком, в соответствии с зависимостью

AW,.n., (1)

Лп

где Л/ин.п. - число витков в одном пазе 20 индукционной обмотки 5;

Хп - максимальна  длина паза 20 вдоль диэлектрического каркаса 16;

Xn(t) - значение измер емого перемещени .

В результате в индукционной обмотке 5 индуктируетс  ЭДС еин, значение которой определ етс  зависимостью

.«КФ-АУУин.фм, ,

«ин.п

11

(2)

(3)

имеем

Јixu - -

0

5

0

5

0

п

Ф,Л/И

П

v - vvwH.n. COS ( vT Vc t ) Vc , (4)

Лп Лп

где Ф.- значение посто нного магнитного потока;

/с - значение скорости перемещени  ферромагнитного сердечника 2.

Из выражени  (4) видно, что индуктируема  в индукционной обмотке 5 ЭДС еин  вл етс  гармоническим сигналом и ее значение определ етс  скоростью движени  объекта. При этом о скорости перемещени  объекта можно судить как по амплитуде ЭДС, так и по частоте ее изменени . По числу полупериодов ЭДС еин можно судить о значении измер емого перемещени , так как один полупериод соответствует смещению подвижного элемента на длину одного паза, в которой уложена часть витков индукционной обмотки. Посто нное магнитное поле при движении ферромагнитного сердечника не индуктирует ЭДС в обмотке питани  3, так как не происходит изменени  числа витков, охваченных посто нным магнитным полем, ввиду равномерного распределени  числа ее витков вдоль оси каркаса 16.

По обмотке 3 питани  протекает ток in, значение которого с учетом выражени  (4) определ етс  следующим образом

в Ф-УУин.п. COS (CQt) tnRo-bRn+jftJLn

(5)

где Ro - значение сопротивлени  образцового резистора 15;

Rn - значение активного сопротивлени  обмотки 3 пмтани ;

Vc - значение частоты тока ПИСУ

0

5

0

Б

тани ;

- значение индуктивности обмотки 3 питани .

Тогда значение напр жени  URO на образцовом резисторе 15определитс  выражением

(О ФгМ/ин.п. Но

VRO -j

COS ( О) t ) . (б)

Ro + Rn + J о) Ln Значение напр жени  U, падающего в цепи, состо щей из последовательно соединенных обмотки 3 питани  и образцового резистора 15, с учетом выражени  (4) может быть представлено Е виде

О) ФДЛ/ин.п. ( RQ + Rn) ,

+ Rn + j to Ln

+ J

ИН.П.

Ln

3х

(7)

Ro + Rn + j ft Ln

x cos (on).

Первый фазочувствительный выпр митель 11 выдел ет квадратурную относительно напр жени  VRO, приложенного к его

управл ющему входу, составл ющую на- пр жени  U, приложенного к его основному входу.

Тогда с учетом выражений (6) и (7) напр жение Un на выходе фазочувствитель- ного выпр мител  11 определитс  следующим образом

w v а Ф-УУин.п. U,„,,

V11 K11 Ro+Rn+JfflU {8)

где Кп - коэффициент передачи первого фазочувствительногоо выпр мител  11.

Ток 1П, протекающий в обмотке 3 питани , создает переменный магнитный поток Ф , преобладающа  часть которого замкнута по тому же пути, что и посто нный магнитный поток Ф. вследствие незначительного магнитного сопротивлени  этого пути. В результате витки измерительной обмотки охвачены суммарным магнитным потоком Ф,, состо щим из двух составл ющих

Ф Ф. + Ф -(9)

при этом

W,m

Ф

(Ю)

W4-I Wo 1 +

.

(11)

где Wn - число витков обмотки 3 питани , охваченных преобладающей частью переменного магнитного потока;

ZM - магнитное сопротивление на пути преобладающей части переменного магнитного потока.

Число витков измерительной обмотки 4, охваченных суммарным магнитным потоком соответственно дл  одной W/q-i и другой W/HI ее половин описываетс  выражени ми Xn(t) Хм

W4-n Хпх(мг)3,(12)

где W4-I и Л/4-п - число витков одной и другой половин измерительной обмотки 4, охваченных суммарным магнитным потоком;

W0 - число витков одной из половин измерительной обмотки 4, охваченных суммарным магнитным покотом Ф,, при Хи 0;

Хм - максимальное значение измер емой величины.

С учетом последовательно встречного соединени  измерительных полуобмоток суммарное число витков измерительной обмотки 4, охваченное суммарным магнитным потоком , определитс  следующим образом

(

Тогда ЭДС, индуктируема  в измерительной обмотке 4, при перемещении ферромаг- нитного сердечника определитс  выражением

-

dt

Wt W4-I - W4-H 2W0

еиз;

(14)

Или с учетом выражений (5), (9), (14) имеем

„ dJWlMML l- еиз-dt

A ЦЩУ

d t. dt

dXn(t) dt

+

i-2

W0Wn 1

ZM XM

О) Ф.-ЛУин.п. COS (ftJt)

Ro + Rn + j o U

(15)

X

dxn (t)

W0Wn

dt ZM

У 1 О ФгУУин.П. Sin ()

ЛХМ Ro + Rn-f jwU

X Xn ( t ) .

На выходе выпр мител  9 имеем напр жение Ug, которое с учетом соотношени  (2) определ етс  как

V9 - -К9 Ф WHH.H. d У . (16)

тогда на выходе вычитающего блока 10

имеем напр жение, которое с учетом выражений (15) и (16) определ ютс  следующим

0

образом

Vio Vg -еиз -Кэ х л Л ... d Хп (t ) ,

X - Ф- WMH.n.J +

1 d Xn (t )

dt

AT

+ 2 W0 Ф.

5

0

-2

W0Wn

ZM

XM

й;фJWин.n. cos (tut) Ro+Rn+jo Ln

dXn(t)W0Wn y

A -Г / Л

dtZM

у 1О .п. Sin (QJt)

ХмR0+Rn+ja;Ln

XXn(t)

(17)

0

или, выполнив соотношение (-2)-0.

(18)

5v Xn XM

что может быть достигнуто, например, подбором при настройке устройства коэффициента передачи выпр мител  9, имеем W0Wn 1

Vw rZM Хм

v юФлДЛ/ин.п. COS (Wl )

Ro + Rn + j ш Ln W0Wn

xdX;t(0+2

ZM

X

X

X

(19)

v J а ФсМин.п. sin () AXM R0+Rn+ju Ln

XXn(t).

Первый фазочувствительный выпр митель 11 выдел ет квадратурную относительно напр жени  VRO, приложенного к его управл ющему входу, составл ющую напр жени  Uio, приложенного к его основному входу. Тогда с учетом выражений (6) и (19) напр жение Un на выходе фазочувстви- тельного выпр мител  11 определитс  следующим образом

W0Wn 1

X

ZM

.п.

ХмХ Xn(t)

(20)

Ro + Rn + joLn где Кц - коэффициент передачи фазочувст- вительного выпр мител  11.

Напр жение на выходе логометриче- ского преобразовател  13 с учетом выражений (8) и (20) определитс  как

Ki2Kii v

V13

Kl2

X

Wo Wn

Xn(t)

(21)

Zn Ln XM

где KIS - коэффициент передачи логометри- ческого преобразовател  13.

Тогда, прин в во внимание соотношение

Ln

Wn

ZM

(22)

с учетом выражени  (21), имеем Vx Via 2

Ki3 Кц L W0 . Y ,, ,„„,

KiW Xn(t) (23)

Отсюда следует, что напр жение на выходе логометрического преобразовател  6 пропорционально значению измер емой неэлектрической величины, в частности перемещению Xn(t) объекта.

Напр жение с выхода первого фазочу- ствительного выпр мител  11 подаетс  на управл ющий вход и блока 14 реверсивного счета, который, если знак напр жени  Un положительный, суммирует число периодов п ЭДС вин, подключенной к его основному входу.

Если знак напр жени  Un отрицательный , то блок 14 реверсивного счета вычитает число периодов п ЭДС вин, подключенной к его основному входу.

Выходной сигнал блока 14 реверсивного счета определитс  соотношением

n slg (t)

Xn(t). Хп

(24)

где sign Xn(t) р, при Xn(t) О

2 0, при Xn(t) О

L-1, приХп(1)0

у (t

ent 1 + - - наибольшее

превосход щее отношение

Естественным условием нормального функционировани  логических элементов, на которых может быть реализована схема цифровогоо блока 14 реверсивного счета и

электронных ключей, обычно имеющихс  в схемах фазочувствительных выпр мителей 11, 12,  вл етс  предварительное формирование электрических уроанёй сигналов (импульсов ) управлени .

Формирователи электрических уровней сигналов управлени   вл ютс  неотъемлемой частью указанных блоков устройства. На фиг. 1 данные формирователи сигналов управлени  не указаны в виде отдельных

- блоков, так как их присутствие не  вл етс  принципиально необходимым, а носит вспомогательный характер, служит обеспечению надежности и точности функционировани  отдельных блоков устройства.

Следует также отметить, что в качестве обмотки 2 питани  в устройстве в некоторых случа х может быть использована непосредственно дополнительна  обмотка 5 соленоидного датчика 1 (при достаточном

количестве витков индукционной обмотки 5, размещаемых в пазе 20).

Claims (2)

1. Устройство дл  измерени  быстромен ющихс  неэлектрических величин, содержащее измерительный преобразователь и соленоидный датчик, снабженный обмоткой питани  и измерительной обмоткой, которые размещены внутри цилиндрического

ферромагнитного экрана на полом цилиндрическом каркасе, внутри которого расположен жестко св занный с измер емым объектом ферромагнитный сердечник, причем обмотка питани  соленоидного датчика

выполнена с равномерным распределением витков вдоль оси каркаса, а измерительна  обмотка состоит из двух соединенных последовательно встречно секций, имеющих линейно распределенное от середины каркаса к его кра м число витков во взаимно- противоположных направлени х, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и экономии энергоресурса источника питани , Сопеноидный датчик устройства снабжен дополнительной обмоткой, в торцах ферромагнитного сердечника установлены посто нные магниты с цилиндрическими полюсными наконечниками, по длине каркасз на его внешней поверхности выполнены окружные пазы, имеющие в профиле форму полупериода синусоиды, в которых уложена дополнительна  обмотка, причем расположенные в соседних пазах участки дополнительной обмотки соединены между собой последовательно встречно.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с   тем, что измерительный преобразова- тель содержит соединенные с общей шиной выпр митель, вычитающий блок, первый и второй фазочувствительные выпр мители, логометрический преобразователь, блок реверсивного счета и образцовый резистор, первый вывод обмотки питани  соленоидного датчика соединен с первым выводом дополнительной обмотки, с входом выпр мител , с входом второго фазочувствитель- ного выпр мител , с входом блока реверсивного счета, с вторым выходом измерительного преобразовател , э первый вывод измерительной обмотки подсоединен к одному входу вычитающего блока, другой вход которого соединен с выходом

выпр мител , вторые выводы дополнительной и измерительной обмоток соленоидного датчика подсоединены к общей шине, второй вывод обмотки питани  соленоидного датчика подсоединен к управл ющему входу первого и второго фазочувствительных выпр мителей и через образцовый резистор к общей шине, выход вычитающего блока соединен с входом первого фазочув- ствительного выпр мител , выход которого соединен с управл ющим входом блока реверсивного счета и одним входом логомет- рического преобразовател , другой вход которого соединен с выходоТй второго фазо- чувствительного выпр мител , выход лого- метрического преобразовател   вл етс  первым выходом измерительного преобразовател , третий выход измерительного преобразовател  соединен с выходом блока реверсивного счета.

физЛ