Индуктивный датчик перемещения патенты

Индуктивный датчик перемещения Российский патент 2020 года по МПК G01B7/14

Описание патента на изобретение RU2727321C1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объектов. Известен индуктивный преобразователь перемещений, содержащий две соосные катушки индуктивности и расположенный между ними сердечник, генераторы (автогенераторы) переменного напряжения, электрические сопротивления и фильтр-смеситель. О величине перемещений сердечника относительно катушек судят по разностной частоте на выходе фильтра-смесителя, зависящей от изменяющихся индуктивностей катушек (авт. свид. №807048, МПК 3 G01B 7/24, опубл. 20.01.2004).

Недостатком изобретения является сложность конструкции датчика и схемы выделения его полезного сигнала, ограниченные эксплуатационные возможности прибора, необходимость дополнительного преобразования выходного сигнала для компьютерной регистрации и обработки результатов в процессе измерений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению взятого в качестве прототипа является индуктивный датчик содержащий индукционную катушку, ферромагнитный сердечник, генератор прямоугольных импульсов, генератор стабильного тока, амплитудный детектор, устройство индикации. Генератор прямоугольных импульсов является задающим элементом амплитуды и рабочей частоты датчика. Он обеспечивает работу генератора стабильного тока, необходимого для поддержания неизменного (фиксированного) ударного тока, поступающего на индукционную катушку. Стабильный ударный ток обеспечивает накачку энергией индукционной катушки во время активной фазы генератора тока. ЭДС индукции в виде импульсов поступает на амплитудный детектор, который их интегрирует и обеспечивает получение на выходе однополярного напряжения с амплитудой, пропорциональной величине ЭДС в текущий момент времени. Величина ЭДС прямо пропорциональна индуктивности катушки, которая определяется относительным положением ферромагнитного сердечника и катушки. (Патент РФ 2474786, МПК G01B 7/14 опублик. 10.02.2013).

Недостатком прототипа является сложность конструкции устройства низкая чувствительность датчика и точность измерения.

Задачей, предлагаемого изобретения является разработка индуктивного датчика работающего на изменении магнитного поля в зазоре сердечника.

Техническим результатом является снижение помех (фона) и повышение чувствительности датчика.

Это достигается тем, что магнитное поле, создаваемое магнитной катушкой передается двум симметричным сердечникам разделенных пружиной сопряженных с информационными катушками. Один сердечник внутри корпуса датчика закрепляется неподвижно, другой должен быть подвижным и устанавливается в подшипнике скольжения. На конце подвижного стержня устанавливался щуп, который находится в контакте с измеряемой деталью. При износе детали подвижный сердечник перемещается, увеличивая зазор между стержнями при этом уменьшается магнитное поле, передаваемое подвижным стержнем информационной катушки. Разность показания неподвижной и подвижной информационных катушек даст величину износа детали.

Общий вид индуктивного датчика перемещения представлена на фиг. 1.

Индуктивный датчик перемещения состоящий из корпуса 1 в котором размещены магнитная катушка 11 и информационные катушки 6, 13, подключенные к источнику переменного тока, блок предварительного усиления 15, отличающийся тем, что магнитная катушка 11 закреплена жестко в корпусе, справа и слева от нее через пластмассовые перегородки 7, 12 соосно с ней закреплены информационные катушки 6, 13, внутри которых установлены два равных стержня 2, 10 разделенные пружиной 9, один внутренний закреплен жестко в перегородке 14, другой подвижно в подшипнике скольжения 8 и фланце 4 с замком 5, к которому на резьбе 3 крепится щуп, дополнительно в корпусе установлена блок-схема усилителя 15 сигналов с информационных катушек, соединенная с разъемом вывода 18, закрепленным на фланце 16 с замком 17.

Работает датчик следующим образом. После установки щупа стержня 2 информационной катушки 6 на объект измерения. Подается переменное напряжение на магнитную катушку 11 при этом образуется магнитное поле в стержнях 2, 10. Эти стержни входят в каналы измерительных катушек наводя электрический ток сигнала. В исходном положении стержни 2, 10 соприкасаются торцовыми поверхностями, зазора между ними нет, поэтому разность сигналов информационных катушек 6, 13 равно 0. При износе поверхности объекта (детали) подвижный стержень 2 под усилием пружины 9 перемещается образуя зазор между стержнями 2, 10. В результате магнитное поле в стержне уменьшается, соответственно снижается сигнал информационной катушки 6. Появляется эдс разности сигналов двух информационных катушек 6, 13 пропорциональный перемещению подвижного стержня 2, который усиливается усилителем 15 и передается на разъем вывода 18, к которому могут подключаться приборы отображения и обработки информации.

Заявляемое изобретение позволяет снизить помехи измеряемого сигнала, повысить чувствительность и надежность работы датчика.

Похожие патенты RU2727321C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 727 321 C1

Реферат патента 2020 года Индуктивный датчик перемещения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объектов. Индуктивный датчик перемещения состоит из корпуса, в котором размещены магнитная катушка и информационные катушки, подключенные к источнику переменного тока, блока предварительного усиления, при этом магнитная катушка закреплена жестко в корпусе, справа и слева от нее через пластмассовые перегородки соосно с ней закреплены информационные катушки, внутри которых установлены два равных стержня, разделенных пружиной, один внутренний закреплен жестко в перегородке, другой подвижно в подшипнике скольжения и фланце с замком, к которому на резьбе крепится щуп, дополнительно в корпусе установлена блок-схема усилителя сигналов с информационных катушек, соединенная с разъемом вывода, закрепленным на фланце с замком. Технический результат – снижение помех (фона) и повышение чувствительности датчика. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 727 321 C1

Индуктивный датчик перемещения, состоящий из корпуса, в котором размещены магнитная катушка и информационные катушки, подключенные к источнику переменного тока, блок предварительного усиления, отличающийся тем, что магнитная катушка закреплена жестко в корпусе, справа и слева от нее через пластмассовые перегородки соосно с ней закреплены информационные катушки, внутри которых установлены два равных стержня, разделенных пружиной, один внутренний закреплен жестко в перегородке, другой подвижно в подшипнике скольжения и фланце с замком, к которому на резьбе крепится щуп, дополнительно в корпусе установлена блок-схема усилителя сигналов с информационных катушек, соединенная с разъемом вывода, закрепленным на фланце с замком.

Источник

ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G01B7/02 F15B15/28 H01F21/06

Описание патента на изобретение RU2485439C2

Изобретение относится к области автоматики и может применяться в качестве элемента системы автоматического управления гидравликой для измерения величины перемещения исполнительных устройств, например перемещение штоков клапанов пневмогидравлических систем, якорей электромагнитов, золотников гидрораспределителей, которые работают в тяжелых условиях эксплуатации под высоким давлением в широком температурном диапазоне вплоть до криогенных (минус 253 градуса Цельсия).

Известен индуктивный датчик перемещения ВМИЖ.401161.005 («Исследование по созданию ряда электромагнитов для релейной и пропорциональной гидроаппаратуры», технический отчет по НИИ, ВНИИ «Сигнал», г.Ковров, 1993), содержащий статор с обмотками возбуждения и обмотками измерения, а также якорь из ферромагнитного материала, имеющий возможность линейного перемещения внутри статора.

Недостатком является ограниченная область применения — невозможность измерять положение гидравлических элементов, которые могут работать при высоких давлениях и низкой температуре, т.к. в жидкости находятся обмотки возбуждения, а устройства, служащие для выведения электрического сигнала наружу, так называемые «электрические соединители» герметичного типа не могут работать при очень высоких давлениях и очень низких температурах. Затрудняет использование датчика внутри рабочей жидкости и ферромагнитный материал якоря — ферритовые кольца, т.к. обладает способностью крошиться и засорять рабочую жидкость. Недостатком является также низкая чувствительность (крутизна) преобразования.

Известным является также индуктивный датчик линейного перемещения, содержащий соосно расположенные возбуждающие и измерительные обмотки (Патент RU 2367901, опубл. 20.09.2009, Б.И. №26, MПK G01B 7/00).

Известный индукционный датчик линейных перемещений содержит подвижный сердечник, выполненный из ферромагнитного материала, который соединен механически с контролируемым объектом, катушку, несущую обмотки возбуждения и измерения, намотанные на каркас из немагнитного материала, а обмотка при намотке выполняется проводом виток к витку по всей длине рабочего хода датчика. При этом с подвижным сердечником датчика осуществляется постоянное потокосцепление магнитного потока обмоток на всем рабочем ходе.

Недостатком является ограниченная область применения — невозможность измерять положение гидравлических элементов, которые могут работать при высоких давлениях и сверхнизкой температуре, т.к. в жидкости находятся обмотки возбуждения и измерения, а устройства, служащие для выведения электрического сигнала наружу, так называемые «электрические соединители» герметичного типа, не работают при высоких давлениях и сверхнизких температурах. Недостатком является также низкая чувствительность (крутизна) преобразования.

Известен также цилиндрический датчик перемещения (Ступель Ф.А. Электромеханические датчики и преобразователи неэлектрических величин. М., Энергия, 1965 г.). Магнитопровод датчика выполнен в виде цилиндрической трубки, играющей роль ярма с двумя катушками, якорь также имеет цилиндрическую форму. Для увеличения магнитной проводимости, с целью увеличения крутизны преобразования, между наружным ярмом и якорем посредине цилиндра устанавливается диск из ферромагнитного материала. Катушки датчика расположены по обе стороны диска. Недостатком является ограниченная область применения -невозможность измерять положение гидравлических элементов, которые должны работать при высоких давлениях и сверхнизкой температуре, т.к. в жидкости находятся обмотки возбуждения и измерения, а устройства, служащие для выведения электрического сигнала наружу, так называемые «электрические соединители» герметичного типа, не работают при высоких давлениях и сверхнизких температурах. Недостатками являются также низкая чувствительность (крутизна) преобразования и низкая температурная стабильность, особенно в области криогенных температур.

Наиболее близким к предлагаемому является индуктивный датчик линейного перемещения (Патент RU 31686 U1, МПК, H01F 21/06, опубл. 20.08.2003 ), содержащий статор, магнитопровод, обмотки возбуждения магнитного поля и обмотки измерения интенсивности магнитного поля, выполненные в виде катушек, расположенных на каркасе, установленном на втулке из немагнитного материала, выполненного в форме стакана с герметизацией внутренней полости относительно обмоток, и якорь из ферромагнитного материала, имеющий возможность линейного перемещения внутри статора. Недостатком известного устройства является низкая чувствительность (крутизна) преобразования при перемещении якоря.

Изобретение направлено на увеличение чувствительности (крутизны) преобразования при перемещении якоря датчика, а также на увеличение температурной стабильности.

Для достижения поставленной цели в индуктивном датчике линейного перемещения, содержащем статор, магнитопровод, обмотки возбуждения магнитного поля и обмотки измерения интенсивности магнитного поля, выполненные в виде катушек, расположенных на каркасе, установленном на втулке из немагнитного материала, выполненной в форме стакана с герметизацией внутренней полости относительно обмоток, и якорь из ферромагнитного материала, имеющий возможность линейного перемещения внутри статора, согласно изобретению якорь из ферромагнитного материала дополнен удлинительным стержнем из немагнитного материала с высокой электропроводностью.

Такое выполнение якоря увеличивает крутизну преобразования при перемещении якоря датчика даже в том случае, если втулка выполнена из металла. Кроме того, такое выполнение якоря увеличивает температурную стабильность.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция датчика линейного перемещения, на фиг.2 — позиционные характеристики датчика U1 — известное устройство, U2 — предлагаемое устройство, а на фиг.3 — графическая иллюстрация результатов экспериментальных исследований, подтверждающих увеличение температурной стабильности. Fe — зависимость температурной погрешности от перемещений якоря из магнитопроводящего материала; Fe+Cu — зависимость температурной погрешности от перемещений якоря, выполненного из магнитопроводящего материала, дополненного удлинительным стержнем из материала с высокой электропроводностью, (медь).

Конструктивно индуктивный датчик линейного перемещения состоит из статора 7, катушек 1 и 2 с обмотками возбуждения магнитного поля и обмотками измерения магнитного поля, намотанными на каркасы 3 и 4, установленных на втулке 5, выполненной в форме стакана из немагнитного материала, внутри которой перемещается якорь 6, выполненный из ферромагнитного материала.

На рабочем торце 8 якоря 6 размещен удлинительный стержень 9 из немагнитного материала с высокой электропроводностью. Открытая часть втулки 5 служит для герметизации внутренней полости относительно обмоток. Втулка 5 выполнена из немагнитного материала и может быть металлической.

Обмотки измерения интенсивности магнитного поля индуктивного датчика линейного перемещения могут быть выполнены как в виде непрерывной обмотки, так и в виде двух полуобмоток соединенных встречно-последовательно (дифференциальный датчик линейных перемещений), а удлинительный стержень 9 также выполняют соразмерно величине перемещений.

При питании обмотки возбуждения магнитного поля переменным током в обмотках измерения магнитного поля наводится электродвижущая сила переменного тока, амплитуда которой пропорциональна величине магнитного потока, пронизывающего обмотки измерения магнитного поля и связанного с линейным смещением якоря относительно начального (нулевого) положения. При нахождении якоря в исходном положении, как это показано на фиг.1, его часть, выполненная из ферромагнитного материала, расположена в магнитном поле одной из двух обмоток возбуждения магнитного поля в первой катушке 1, а удлинительный стержень из немагнитного материала с высокой электропроводностью расположен в магнитном поле второй обмотки внутри второй катушки 2 датчика. При этом индуктивность обмотки, внутри которой расположен удлинительный стержень, существенно уменьшается по сравнению с известным устройством, что увеличивает крутизну преобразования датчика к перемещениям якоря, так как это изображено на фиг.2.

Индуктивность каждой из катушек определяется магнитной проницаемостью и электропроводностью материала якоря в зоне ее магнитного потока. Чем больше магнитопроводящего материала находится в зоне магнитного потока катушки, тем больше ее индуктивность и больше величина ЭДС, а увеличение количества электропроводящего материала в зоне действия магнитного потока катушки, наоборот, уменьшают индуктивность катушки и наводимую в ней ЭДС.

Так, при смещении якоря влево количество ферромагнитного материала первой катушки уменьшается, а количество электропроводящего материала растет, что приводит к уменьшению ее индуктивности, а следовательно, и ее ЭДС. В то же время уменьшение количества электропроводящего материала в катушке 2 увеличивает ее индуктивность и ЭДС.

При смещении якоря вправо индуктивность обмоток катушки 1 практически не изменяется, а обмоток катушки 2 увеличивается.

Похожие патенты RU2485439C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 485 439 C2

Реферат патента 2013 года ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в гидравлических системах летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных гидроцилиндров. Технический результат состоит в повышении крутизны преобразования при перемещении якоря и в увеличении температурной стабильности. Индуктивный датчик линейного перемещения содержит статор, магнитопровод. Обмотки возбуждения магнитного поля и обмотки измерения интенсивности магнитного поля выполнены в виде катушек, расположенных на каркасе, установленном на втулке из немагнитного материала, выполненной в форме стакана с герметизацией внутренней полости относительно обмоток. Якорь из ферромагнитного материала имеет возможность линейного перемещения внутри статора и дополнен удлинительным стержнем из немагнитного материала с высокой электропроводностью. Индуктивность обмотки, в которой расположен удлинительный стержень, существенно уменьшается, что увеличивает крутизну преобразования к перемещениям якоря. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 485 439 C2

Индуктивный датчик линейного перемещения, содержащий статор с обмотками возбуждения магнитного поля и его измерения, также якорь из ферромагнитного материала, имеющий возможность линейного перемещения внутри статора, выполненого в виде катушки с обмотками на каркасе, установленном на втулке из немагнитного материала в форме стакана с возможностью герметизации внутренней полости относительно обмоток, отличающийся тем, что якорь дополнен удлинительным стержнем из немагнитного материала с высокой электропроводностью.

Источник