RU2589945C1

RU2589945C1 - Induction linear displacement sensor

Info

Publication number: RU2589945C1
Application number: RU2015108263/28A
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Росков; Алексей Владимирович Кривдин; Александр Анатольевич Варюхов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод ВОСХОД"- ОАО "ПМЗ ВОСХОД"
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2016-07-10

Abstract

FIELD: test and measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to instrumentation and can be used, in particular, in control system of electrohydraulic and electromechanical drives of aircraft. Summary: sensor has coil consisting of two measurement windings and excitation windings wound on frame from nonmagnetic material, core made from magnetically soft material, which is connected mechanically to controlled object by means of nonmagnetic rod. Each of measuring windings is stepped throughout length of frame and has two rows of wire coils wound evenly along whole length. Excitation winding is wound on top of measuring windings. Measuring windings are made according to differential circuit.

EFFECT: technical result is reduction of dimensions of the sensor, possibility of accurate adjustment of steepness of output characteristics, elimination of errors caused by output characteristic oscillations of supply voltage sensor.

1 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в системе управления электрогидравлических и электромеханических приводов летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных звеньев.The present invention relates to instrumentation and can be used, in particular, in the control system of electro-hydraulic and electromechanical drives of aircraft, where information is required on the movements of the executive links.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению прототипом является индукционный датчик линейного перемещения со стальным немагнитным штоком (см. Патент RU 2367901 С1).The closest in technical essence to the proposed invention, the prototype is an induction linear displacement sensor with a steel non-magnetic rod (see Patent RU 2367901 C1).

Недостатком известного устройства является низкий коэффициент заполнения намоточного окна, что увеличивает габариты датчика. Это обусловлено тем, что каждая измерительная обмотка расположена только на половине длины каркаса, а средняя часть намоточного окна остается незаполненной. Также в известном устройстве не обеспечивается возможность суммирования напряжений, снимаемых с измерительных обмоток датчика. Выполнение условия по поддержанию одинакового значения суммарного сигнала измерительных обмоток на всем диапазоне перемещения сердечника необходимо для обеспечения линейности преобразования выходных напряжений датчика при их обработке рядом микросхем. Также недостатком данного устройства являются высокие требования к качеству напряжения питания U_пит датчика. Это является следствием того, что при той схеме датчика, по которой выполнено известное устройство, выходной характеристикой датчика является:A disadvantage of the known device is the low fill factor of the winding window, which increases the size of the sensor. This is due to the fact that each measuring winding is located only half the length of the frame, and the middle part of the winding window remains empty. Also in the known device it is not possible to summarize the voltages removed from the measuring windings of the sensor. Fulfillment of the condition for maintaining the same value of the total signal of the measuring windings over the entire range of core motion is necessary to ensure linear transformation of the sensor output voltages when they are processed by a number of microcircuits. Also a disadvantage of this device is the high quality requirements of the supply voltage U _pit sensor. This is a consequence of the fact that with the sensor circuit according to which the known device is made, the output characteristic of the sensor is:

Y=U1-U2Y = U1-U2

При нестабильном напряжении питания U_пит напряжения U1 и U2 на измерительных обмотках меняются, что вносит дополнительную погрешность в выходную характеристику Y.With an unstable supply voltage U, the _pit voltage U1 and U2 on the measuring windings change, which introduces an additional error in the output characteristic Y.

Технической задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.The technical task of the proposed invention is to remedy these disadvantages.

Поставленная задача в части уменьшения габаритов решается путем изменения схемы намотки катушки для более эффективного использования намоточного окна. Также для обеспечения точной регулировки крутизны выходной характеристики Y в измерительные обмотки были добавлены два ряда витков, намотанных равномерно по всей длине каркаса. Задача по уменьшению зависимости выходной характеристики от качества напряжения питания решается применением другой схемы обработки напряжений, снимаемых с измерительных обмоток датчика, для чего измерительные обмотки были выполнены дифференциально.The task in terms of reducing the size is solved by changing the winding circuit of the coil for more efficient use of the winding window. Also, to ensure accurate adjustment of the steepness of the output characteristic Y, two rows of coils were added to the measuring windings, wound uniformly along the entire length of the frame. The task of reducing the dependence of the output characteristic on the quality of the supply voltage is solved by using a different voltage processing circuit removed from the measuring windings of the sensor, for which the measuring windings were made differentially.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на Фиг. 1.The essence of the invention is illustrated in FIG. one.

Индукционный датчик линейных перемещений содержит катушку, внутри которой помещен подвижный сердечник 4, выполненный из магнитомягкого материала, который соединен механически с контролируемым объектом при помощи штока 6.The induction linear displacement sensor contains a coil, inside of which is placed a movable core 4 made of soft magnetic material, which is connected mechanically to the controlled object using the rod 6.

Катушка состоит из обмотки возбуждения 1 и двух измерительных обмоток 2, 3. Обмотки намотаны следующим образом. На каркас 5 из немагнитного материала наматывается измерительная обмотка 3. Первые два ряда витков наматываются равномерно по всей длине каркаса. Последующие ряды наматываются таким образом, что число витков в каждом последующем ряду меньше, чем в предыдущем, на равную для всех рядов обмотки величину и зависит от размеров намоточного окна, а также требуемой величины напряжения U1 и его приращения в зависимости от положения сердечника.The coil consists of a field winding 1 and two measuring windings 2, 3. The windings are wound as follows. A measuring winding 3 is wound onto a frame 5 of non-magnetic material. The first two rows of turns are wound evenly along the entire length of the frame. Subsequent rows are wound in such a way that the number of turns in each subsequent row is less than in the previous one, by an amount equal for all rows of the winding and depends on the size of the winding window, as well as the required voltage U1 and its increment depending on the position of the core.

Измерительная обмотка 2 наматывается поверх измерительной обмотки 3, причем число витков в каждом последующем ряду больше, чем в предыдущем, на величину, равную величине уменьшения числа витков измерительной обмотки 3. Последние два ряда витков измерительной обмотки 2 наматываются равномерно по всей длине каркаса.The measuring winding 2 is wound over the measuring winding 3, and the number of turns in each subsequent row is greater than in the previous row by an amount equal to the decrease in the number of turns of the measuring winding 3. The last two rows of turns of the measuring winding 2 are wound evenly along the entire length of the frame.

Первые два ряда измерительной обмотки 3 и последние два ряда измерительной обмотки 2 выполняются равномерно по всей длине каркаса таким образом, чтобы количество витков в этих рядах было одинаковым для обеих измерительных обмоток.The first two rows of the measuring winding 3 and the last two rows of the measuring winding 2 are uniformly distributed over the entire length of the frame so that the number of turns in these rows is the same for both measuring windings.

Более эффективное использование объема катушки позволяет уменьшить габаритные размеры датчика.A more efficient use of the coil volume reduces the overall dimensions of the sensor.

Обмотка возбуждения 1 наматывается поверх измерительных обмоток 2 и 3. Намотка обмотки возбуждения 1 производится равномерно по всей длине каркаса 5. Этим обеспечивается уменьшение габаритов обмотки возбуждения 1 при том же потребляемом токе возбуждения за счет увеличения длины среднего витка.The field winding 1 is wound on top of the measuring windings 2 and 3. The field winding 1 is winded uniformly along the entire length of the frame 5. This ensures that the dimensions of the field winding 1 are reduced at the same current consumption by excitation by increasing the length of the middle coil.

Выходной характеристикой датчика Y является отношение разности напряжений, снимаемых с измерительных обмоток, к их сумме.The output characteristic of the Y sensor is the ratio of the voltage difference taken from the measuring windings to their sum.

Y=U1-U2/U1+U2Y = U1-U2 / U1 + U2

Намотка двух рядов в каждой измерительной обмотке 2, 3 равномерно по всей длине каркаса позволяет производить точную регулировку крутизны выходной характеристики Y посредством изменения количества витков в этих рядах и, как следствие, изменения величины суммы напряжений (U1+U2).Winding two rows in each measuring winding 2, 3 evenly over the entire length of the frame allows precise adjustment of the slope of the output characteristic Y by changing the number of turns in these rows and, as a result, changing the sum of the voltages (U1 + U2).

Варианты схем электрических индукционного датчика представлены на Фиг. 2 и Фиг. 3.Variants of the electrical induction sensor circuits are shown in FIG. 2 and FIG. 3.

Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.

На обмотку возбуждения 1 подается напряжение питания переменного тока U_пит, по ней начинает протекать переменный ток, который создает магнитный поток. Сердечник 4 усиливает магнитный поток, создаваемый в обмотке возбуждения 1, и концентрирует его в пространстве вокруг сердечника. При нулевом положении сердечника наводимые в измерительных обмотках 2, 3 токи равны по значению, но противоположны по фазе. При перемещении подвижной части из нулевого положения равновесие нарушается - выходное напряжение одной измерительной обмотки каждого выхода датчика уменьшается, другой - увеличивается.The excitation winding 1 is supplied with an alternating current supply voltage U _pit , alternating current begins to flow through it, which creates a magnetic flux. The core 4 enhances the magnetic flux generated in the field coil 1 and concentrates it in the space around the core. When the core position is zero, the currents induced in the measuring windings 2 and 3 are equal in value but opposite in phase. When moving the moving part from the zero position, the equilibrium is violated - the output voltage of one measuring winding of each sensor output decreases, the other increases.

Более эффективное использование объема катушки позволяет уменьшить габаритные размеры датчика. Намотка двух рядов в каждой измерительной обмотки равномерно по всей длине каркаса позволяет производить точную регулировку крутизны выходной характеристики Y. Дифференциально выполненные измерительные обмотки в совокупности с примененной схемой намотки, обеспечивающей постоянную сумму выходных напряжений U1+U2 на всем ходе сердечника, позволили применить схему обработки выходных напряжений, при которой выходной характеристикой датчика является отношение разности напряжений, снимаемых с измерительных обмоток, к их сумме. Данная обработка обеспечивает стабильность выходной характеристики и не зависит от колебаний напряжения питания.A more efficient use of the coil volume reduces the overall dimensions of the sensor. The winding of two rows in each measuring winding uniformly along the entire length of the frame allows precise adjustment of the steepness of the output characteristic Y. Differentially executed measuring windings in combination with the applied winding circuit, which provides a constant sum of output voltages U1 + U2 throughout the entire core stroke, made it possible to apply the output processing circuit voltage, at which the output characteristic of the sensor is the ratio of the voltage difference removed from the measuring windings to their total. This processing ensures the stability of the output characteristic and does not depend on fluctuations in the supply voltage.

Описанное устройство, испытанное в лабораторных и промышленных условиях, обеспечивало требуемые характеристики при уменьшении габаритов датчика.The described device, tested in laboratory and industrial conditions, provided the required characteristics while reducing the size of the sensor.

Claims

An induction linear displacement sensor containing a coil consisting of two measuring windings and an excitation winding on a frame made of non-magnetic material, a core made of soft magnetic material, which is connected mechanically to the controlled object by means of a non-magnetic rod, characterized in that each of the measuring windings is made stepwise in the entire length of the frame, and the field winding is wound over the measuring windings, the measuring windings are made according to the differential circuit and have two p poison of wire turns wound uniformly along the entire length, as a result of these changes, the dimensions of the sensor were reduced, it became possible to precisely adjust the steepness of the output characteristic and the possibility of using a processing circuit in which the output characteristic does not depend on the supply voltage.