RU2122742C1

RU2122742C1 - Magneto-inductive transmitter of rotational speed

Info

Publication number: RU2122742C1
Application number: RU94041257/28A
Authority: RU
Inventors: З.Г. Габидуллин
Original assignee: Казанское приборостроительное конструкторское бюро
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1998-11-27
Also published as: RU94041257A

Abstract

FIELD: measurement technology, information conversion by phase metering methods to measure torque. SUBSTANCE: magnetic system of transmitter is fitted with Ж- shaped pole pieces with signal windings on jumpers. Extreme poles of these pieces are arranged above teeth of ferromagnetic tooth inductor and medium pole is located above tooth space. Ж-shaped form of pole provides for series opposition commutation of magnetic flux inducing by this summary emf in windings of transmitter in case of their series opposition connection. EFFECT: increased functional reliability of transmitter. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, системе автоматики и может быть использовано для измерения частоты вращения вала привода, измерения расхода турбинными расходомерами, крутящего момента вращающегося вала и т.д. The invention relates to measuring equipment, an automation system and can be used to measure the frequency of rotation of the drive shaft, measure flow by turbine flow meters, torque of a rotating shaft, etc.

В настоящем изобретении решается задача защиты от помехи внешнего поля при обеспечении высокой чувствительности и относительно малых габаритах датчика, работающего с ферромагнитным зубчатым индуктором. The present invention solves the problem of protection against interference from an external field while providing high sensitivity and relatively small dimensions of the sensor, working with a ferromagnetic gear inductor.

Известны датчики, возбуждаемые постоянными магнитами, работающие по принципу модулирования потока магнита и наводящие суммарную переменную ЭДС сигнала в двух обмотках комбинированного магнитопровода П-образной формы, размещенного на полюсах магнита (см [1]) А.Я.Тун. "Системы контроля скорости электропривода. М. , Энергоиздат, 1984 г. стр. 127, рис. 5, 8ж)). В итоге магнитная система получает П-образную форму с магнитом в середине. В двух обмотках датчика наводятся сигналы:
e = e₁-(-e₂) = WωΔΦsin(ωt), (1)
где

W - число витков обмотки;
ω - угловая частота магнитного потока;
ΔΦ - изменение магнитного потока;
т. е. ЭДС сигналов датчика суммируется при последовательно-встречном включении обмоток. Такое соединение делает датчик и помехозащитным, т.к. при воздействии внешнего поля одновременно на обе обмотки сигналы-помехи в них вычитаются, не оказывая влияние на измеренный сигнал. Однако размещение между двумя обмотками магнита, а также размещение самих обмоток в направлении радиуса зубчатого индуктора приводит к увеличению радиальной площади сечения датчика в цилиндрическом корпусе, вызывая увеличение габаритов датчика.Known sensors, excited by permanent magnets, working on the principle of modulating the magnet flux and inducing the total variable EMF signal in two windings of a combined U-shaped magnetic core located at the poles of the magnet (see [1]) A.Ya. Tun. "Electric drive speed control systems. M., Energoizdat, 1984, p. 127, Fig. 5, 8g)). As a result, the magnetic system receives a U-shape with a magnet in the middle. The signals are induced in two sensor windings:
e = e ₁ - (- e ₂ ) = WωΔΦsin (ωt), (1)
Where

W is the number of turns of the winding;
ω is the angular frequency of the magnetic flux;
ΔΦ is the change in magnetic flux;
i.e., the EMF of the sensor signals is summed up when the windings are turned on in series. Such a connection makes the sensor also noise-protective, since when an external field acts simultaneously on both windings, the interference signals in them are subtracted without affecting the measured signal. However, the placement between the two windings of the magnet, as well as the placement of the windings themselves in the direction of the radius of the gear inductor, leads to an increase in the radial cross-sectional area of the sensor in a cylindrical housing, causing an increase in the size of the sensor.

Более компактное размещение обмоток и магнита в цилиндрическом корпусе датчика может быть выполнено по заявке Великобритании N 1485576, G 01 P 3/48 от 14.11.1977 [2]), где магнит размещен над обмотками. Поэтому корпус датчика будет иметь меньшее сечение, а последовательно-встречное включение обмотки будет защищать сигнал от влияния помех. A more compact placement of the windings and the magnet in a cylindrical sensor housing can be performed according to the application of the UK N 1485576, G 01 P 3/48 from 11/14/1977 [2]), where the magnet is placed above the windings. Therefore, the sensor housing will have a smaller cross section, and the series-on-turn connection of the winding will protect the signal from interference.

При одних и тех же угловых скоростях вращения, рабочем зазоре "б" между выступом зуба индуктора и полюсными наконечниками и одинаковых числах витков обмоток и требуемых малых габаритах наводимая ЭДС датчика-аналога [2] пропорциональна только величине изменяемого магнитного потока ΔΦ и определяется также формулой (1). At the same angular rotation speeds, the working gap "b" between the protrusion of the inductor tooth and the pole pieces and the same number of turns of the windings and the required small dimensions, the induced EMF of the analog sensor [2] is proportional only to the magnitude of the variable magnetic flux ΔΦ and is also determined by the formula ( one).

Однако такая чувствительность недостаточна, т.к. она ограничивает возможности расширения диапазонов частот вращения в сторону малых частот. Если же увеличить чувствительность датчика вдвое и более, то появляется возможность его применения кроме авиации и космонавтики и для измерения параметров частот вращения валов автомобильных двигателей и других силовых установок промышленности и сельского хозяйства. However, such sensitivity is insufficient, because it limits the possibility of expanding the frequency ranges of rotation in the direction of low frequencies. If you increase the sensitivity of the sensor by a factor of two or more, then it becomes possible to use it besides aviation and astronautics and to measure the parameters of the shaft speeds of automobile engines and other power plants in industry and agriculture.

Целью изобретения является увеличение в два раза чувствительности магнитной системы при обеспечении помехозащищенности и малых габаритов датчика. The aim of the invention is to double the sensitivity of the magnetic system while providing noise immunity and small dimensions of the sensor.

Это достигается путем размещения на полюсах магнита, обращенного к индуктору, полюсного наконечника, выполненного в виде Ж-образного магнитопровода, с сигнальными обмотками на его перемычках. При этом крайние (одноименные) полюса размещены над зубьями индуктора, а средний размещен над пазом между зубьями индуктора по середине между крайними полюсами наконечника. This is achieved by placing at the poles of the magnet facing the inductor a pole piece made in the form of a L-shaped magnetic circuit with signal windings on its jumpers. In this case, the extreme (same) poles are placed above the teeth of the inductor, and the middle is placed above the groove between the teeth of the inductor in the middle between the extreme poles of the tip.

ЭДС сигнала каждой обмотки такого датчика, благодаря наличию эффекта последовательно-встречной коммутации магнитного потока ΔΦ в них, определяется по формуле:
e_1,2 = -Wd(ΔΦcos(ωt))/dt = WωΔΦsin(ωt), (2)
где обозначения те же, что и в формуле (1). А сумма ЭДС двух обмоток, соединенных последовательно-встречно, определяется формулой
e = e₁ + e₂ = 2WωΔΦsin(ωt). (3)
На фиг. 1 изображена схема датчика с одним Ж-образным магнитопроводящим полюсным наконечником.The EMF of the signal of each winding of such a sensor, due to the presence of the effect of sequentially oncoming commutation of the magnetic flux ΔΦ in them, is determined by the formula:
e _1,2 = -Wd (ΔΦcos (ωt)) / dt = WωΔΦsin (ωt), (2)
where the notation is the same as in formula (1). And the sum of the EMF of the two windings connected in series and in the opposite direction is determined by the formula
e = e ₁ + e ₂ = 2WΔΔΦsin (ωt). (3)
In FIG. 1 shows a sensor circuit with one L-shaped magnetically conductive pole piece.

На фиг. 2 изображена схема датчика с дополнительно введенным Ж-образным магнитопроводящим полюсным наконечником. In FIG. 2 shows a sensor circuit with an additionally inserted L-shaped magnetically conductive pole piece.

Устройство датчика выполнено следующим образом: над индуктором 1 на полюсе S магнита 2, обращенного к индуктору, размещен полюсный наконечник, имеющий полюса 3, 4 и 5, которые соединены между собой перемычками-сердечниками 6 и 7. Крайние полюса 3 и 4 наконечника размещены над выступами зубьев индуктора и находятся между собой на расстоянии одного или нескольких (в зависимости от величины модуля зуба индуктора или от заданного габаритного размера датчика) нечетных чисел шагов зубьев, а средний полюс размещен над пазом между зубьями индуктора посередине между крайними полюсами. На перемычках-сердечниках 6 и 7 намотаны сигнальные обмотки. Для целей формирования помехозащищенного сигнала обмотки соединены между собой последовательно-встречно, посредством клемм концов обмоток K1 и K2. The sensor device is made as follows: above the inductor 1 at the pole S of the magnet 2 facing the inductor, there is a pole tip having poles 3, 4 and 5, which are interconnected by jumper cores 6 and 7. The extreme poles 3 and 4 of the tip are located above the protrusions of the teeth of the inductor and are located at a distance of one or more (depending on the magnitude of the modulus of the tooth of the inductor or from the specified overall size of the sensor) of odd numbers of tooth steps, and the middle pole is placed above the groove between the teeth of the inductor the middle between the extreme poles. On the jumper cores 6 and 7, signal windings are wound. For the purpose of generating an noise-free signal, the windings are interconnected in series, using the terminals of the ends of the windings K1 and K2.

В случае отсутствия помехи сигналы каждой обмотки могут быть использованы по отдельности как независимый канал преобразования первичной информации. И в этом случае сигналы обмоток как по магнитным, так и электрическим каналам будут взаимно независимыми. In the absence of interference, the signals of each winding can be used individually as an independent channel for converting primary information. And in this case, the signals of the windings in both magnetic and electric channels will be mutually independent.

В случае необходимости двух помехозащищенных каналов формирования сигнала в магнитной системе датчик дополнительно снабжен Ж-образным магнитопроводящим полюсным наконечником с сигнальными обмотками на перемычках, при этом два идентичных Ж-образных полюсных наконечника расположены параллельно (см. фиг. 2). If necessary, two noise-protected channels for signal formation in the magnetic system, the sensor is additionally equipped with a L-shaped magnetically conductive pole piece with signal windings on the jumpers, while two identical L-shaped pole pieces are located in parallel (see Fig. 2).

В случае же использования датчика в объектах без помех такой датчик может быть использован как четырехсигнальный. In the case of using the sensor in objects without interference, such a sensor can be used as a four-signal one.

Магнитокоммутационный датчик частоты вращения с одним Ж-образным магнитопроводящим полюсным наконечником (см.фиг. 1) работает следующим образом. Magneto-switching speed sensor with one L-shaped magnetically conductive pole piece (see Fig. 1) works as follows.

При вращении индуктора 1 со скоростью ω_и, когда наконечники 3 и 4 со своими пластинками 10 находятся над зубьями индуктора 1, изменения магнитного потока ΔΦ₁ и ΔΦ₂, образуемые при модулировании магнитного потока полезного рассеивания Φпs, будут проходить в направлении от крайних наконечников 3 и 4 к среднему 5, соответственно через сердечники 7 и 6, а когда средний полюс 5 будет над зубьями, то потоки ΔΦ₁ и ΔΦ₂ направятся от среднего наконечника 5 к крайним наконечникам 3 и 4. Таким образом, обеспечиваются чередующиеся изменения положения наконечников относительно зубьев и пазов индуктора, вызывая коммутацию магнитных потоков ΔΦ₁ и ΔΦ₂ и наводя переменную ЭДС в обмотках, намотанных на сердечниках 7 и 6, по вышеприведенной формуле (2). Суммарная помехозащищенная ЭДС сигнала будет наводиться удвоением по вышеприведенной формуле (3).When the inductor 1 rotates at a speed ω _and , when the tips 3 and 4 with their plates 10 are located above the teeth of the inductor 1, the changes in the magnetic flux ΔΦ ₁ and ΔΦ ₂ formed by modulating the magnetic flux of the useful dispersion Φпs will pass in the direction from the extreme tips 3 and 4 to the middle 5, respectively, through the cores 7 and 6, and when the middle pole 5 is above the teeth, the flows ΔΦ ₁ and ΔΦ ₂ will go from the middle tip 5 to the extreme tips 3 and 4. Thus, alternating changes in the position of the tips nbsp; relative to the teeth and grooves of the inductor, causing the switching of magnetic fluxes ΔΦ ₁ and ΔΦ ₂ and inducing a variable EMF in the windings wound on the cores 7 and 6, according to the above formula (2). The total noise emf of the signal will be induced by doubling according to the above formula (3).

Частота сигналов обмоток определяется по известной формуле
f = Zn/60 (Гц), (4)
где
Z - число зубьев индуктора;
n - частота вращения индуктора, об/ми.The frequency of the winding signals is determined by the well-known formula
f = Zn / 60 (Hz), (4)
Where
Z is the number of teeth of the inductor;
n is the inductor rotation frequency, rpm.

Датчик, снабженный двумя Ж-образными магнитопроводящими полюсными наконечниками (см.фиг. 2), работает так же, как два отдельных датчика с Ж-образными полюсными наконечниками, приведенными на фиг.1. Другим преимуществом применения Ж-образных полюсных наконечников по сравнению с прототипом [2], является увеличение сигнала на единицу массы датчика, что особо важно при использовании датчиков в авиации и в космическом приборостроении. Если учесть, что такие датчики в авиационной автоматике устанавливаются во внутренних полостях двигателей, где отсутствуют источники внешних помех, то нет необходимости соединять между собой обмотки каждого Ж-образного полюсного наконечника и поэтому появляется возможность разработки четырехсигнальных датчиков, вместо используемых в настоящее время двухсигнальных датчиков. A sensor equipped with two L-shaped magnetically conductive pole pieces (see FIG. 2) works in the same way as two separate sensors with L-shaped pole pieces shown in FIG. Another advantage of using L-shaped pole pieces compared to the prototype [2] is the increase in the signal per unit mass of the sensor, which is especially important when using sensors in aviation and in space instrument engineering. Considering that such sensors in aviation automation are installed in the internal cavities of engines where there are no sources of external interference, there is no need to connect the windings of each L-shaped pole piece to each other and therefore it becomes possible to develop four-signal sensors instead of the two-signal sensors currently used.

Таким образом, снабжение магнитоиндукционного датчика одним или двумя последовательно-встречными коммутаторами в виде Ж-образных магнитопроводящих полюсных наконечников делает его помехозащищенным и в два раза увеличивает чувствительность его магнитной системы. Thus, supplying a magnetic induction sensor with one or two series-opposing switches in the form of L-shaped magnetically conducting pole pieces makes it noise-immune and doubles the sensitivity of its magnetic system.

Экспериментальные образцы датчиков, построенные по предлагаемому решению, подтвердили их высокую чувствительность, показав при одинаковых условиях примерно в три раза большую амплитуду сигнала на нагрузке сопротивлением 2 кОм (4-5 B),чем датчики, построенные по схеме прототипа (1-1,5 B). The experimental samples of the sensors, built according to the proposed solution, confirmed their high sensitivity, showing under the same conditions about three times the signal amplitude at a load with a resistance of 2 kOhm (4-5 V) than the sensors built according to the prototype scheme (1-1.5 B)

Claims

1. A magnetic induction speed sensor containing a ferromagnetic gear inductor, a permanent magnet, a magnetically conductive tip on a magnet pole facing the ferromagnetic gear inductor having signal windings, characterized in that the pole tip is made in the form of a L-shaped magnetic circuit, on the jumpers of which are placed signal windings, with the extreme poles of the tip placed above the teeth of the inductor, and the middle pole above the groove between the teeth of the inductor in the middle between the extreme poles Chnika.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a L-shaped magnetically conductive pole piece with signal windings on the jumpers, with two identical L-shaped pole pieces arranged in parallel.