ИНДУКТИВНО-ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Полезная модель относится к области информационно-измерительной техники, а именно к индуктивно-частотным преобразователям перемещений.
В настоящее время получили широкое применение в качестве входных устройств приборов с дискретным выходом индуктивно-частотные преобразователи, например, перемещений, функция преобразования входной величины которых является линейной.
Для коррекции нелинейности выходной характеристики индуктивно-частотных преобразователей перемещений вводили в их электронные схемы специальные функциональные элементы, приводящие к существенному усложнению устройств.
Варианты параметрической линеаризации, характеристик индуктивно-частотных преобразователей связаны с использованием профилирования или секционирования каркаса катушки, на которую наматываются витки обмотки индуктивности при ее изготовлении. (Гольдман B.C., Сахаров Ю.И. Индуктивно-частотные преобразователи неэлектрических величин. Библиотека по автоматике. Выпуск 289. «Энергия», Москва, 1968, - с.55-60)
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь перемещения в частоту переменного тока, содержащий автогенератор L-C типа, в частотозадающий контур которого включена индуктивность, выполненная в виде короткого многослойного соленоида с открытой магнитной цепью и с отношением его длины к диаметру, близким к единице.
Внутри катушки соленоида помещен ферритовый стержень с возможностью его перемещения вдоль оси соленоида под действием объекта измерения. При этом интегральная картина распределения магнитных силовых линий соленоида изменяется так, что обеспечивает изменение
индуктивности по закону, компенсирующему нелинейность функции преобразования перемещения в частоту. Линейный участок этой характеристики может быть увеличен путем использования ферритовых колец на торцах цилиндрического соленоида с отношением его длины к диаметру, близким к единице, или увеличением числа витков на единицу длины к концам катушки соленоида путем профилирования или секционирования каркаса катушки соленоида с указанием оптимальных размеров каркаса и числа витков в секциях катушки. (Авторское свидетельство СССР №191911, МПК G 01 f, опубл. В бюл. 4, 26.01.1967, «Преобразователь перемещения в частоту переменного тока»).
При всех преимуществах известного преобразователя, следует отметить, что профилирование (секционирование) каркаса намотки катушки индуктивности соленоида, при прочих равных условиях, связано с уменьшением объема, занимаемого обмоткой катушки, а следовательно, и с уменьшением ее добротности.
Кроме того, указанные в прототипе оптимальные с точки зрения показателей качества линеаризации размеры секций и числа витков в них при профилировании соответствуют определенной конфигурации соленоида и магнитной системы индуктивно-частотного преобразователя. При изменении конструкции элементов преобразователя необходимо внести коррективы в расчет оптимальных параметров профилирования (секционирования), что осложняет проектирование индуктивно-частотных преобразователей перемещений.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание заявляемой полезной модели, является увеличение зоны линейности функции преобразования перемещения в частоту за счет изменения интегральной картины распределения магнитных силовых линий путем наложения корректирующих воздействий, формирующихся при перемещении ферритового стержня цилиндрической формы внутри и вдоль оси соленоида, имеющего цилиндрическую форму и магнитную систему
закрытого типа, а также имеющего отношение длины соленоида к его диаметру близким к единице.
Поставленный технический результат достигается тем, что в индуктивно-частотном преобразователе перемещений, включающем автогенератор, в частото-задающий контур которого включен короткий многослойный соленоид с закрытой магнитной системой, с отношением длины соленоида к его диаметру, равным единице, с размещенными внутри катушки соленоида цилиндрическим стержнем, выполненным из ферромагнитного материала и с возможностью его перемещения вдоль оси соленоида под действием объекта измерения, - в нем, размещенный внутри катушки соленоида цилиндрический ферромагнитный стержень выполнен составным из двух частей, при этом длина l основной части цилиндрического стержня равна длине соленоида, а длина дополнительной части стержня составляет 0,3 от длины l основной его части, диаметр d каждой из составных частей ферромагнитного стержня составляет 0,2 от длины l основной части цилиндрического стержня, обе части ферромагнитного цилиндрического стержня установлены соосно в цилиндрической неметаллической трубке с воздушным зазором δ между собой, где δ=(0,02÷0,03)l, где l - длина основной части ферромагнитного цилиндрического стержня.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства;
на фиг.2 представлена конструкция короткого многослойного соленоида с закрытой магнитной системой;
на фиг.3 показано формирование линейного участка ВС функции преобразования перемещения в частоту за счет наложения двух составляющих.
Индуктивно-частотный преобразователь перемещений содержит автогенератор 1 (фиг.1), в частото-задающий контур которого включен короткий многослойный соленоид 2 с закрытой магнитной системой, с соотношением длины соленоида l к его диаметру, равным единице (l/d=1) (фиг.2).
Выход автогенератора 1 подключен ко входу формирователя 3, форма выходного сигнала которого близка к меандру.
Внутри многослойного соленоида 2 (фиг.1, 2) размещен цилиндрический стержень 4 из ферромагнитного материала с возможностью его перемещения вдоль оси соленоида 2 под действием объекта измерения.
Ферромагнитный цилиндрический стержень 4 состоит из двух частей:
основной 5 и дополнительной 6 одного диаметра d=0,2l, и соосно расположенных друг относительно друга.
Основная часть 5 ферромагнитного стержня 4 имеет длину, равную длине l соленоида 2 или его диаметру d (фиг.2).
Дополнительная часть 6 ферромагнитного стержня 4 имеет длину, равную (0,2-0,3)l, и установлена соосно с основной его частью с воздушным зазором между ними δ=(0,02÷0,03)l (фиг.2).
Основная 5 и дополнительная 6 части ферромагнитного стержня 4 размещены в общей цилиндрической неметаллической трубке 7 (фиг.2).
Работа индуктивно-частотного преобразователя перемещений состоит в следующем.
При подключении напряжения питания к автогенератору 1 на его выходе получаем сигнал синусоидальной формы. Формирователь 3 позволяет получить на выходе преобразователя сигнал формы, близкой к меандру. Частоту этих сигналов измеряют с помощью цифрового частотомера, а на стенде определяют зависимость изменения частоты автогенератора 1 от перемещения стержня 4 относительно соленоида 2.
Зависимость частоты выходного сигнала автогенератора 1 при перемещении цилиндрического стержня 4, находящегося внутри соленоида 2, формируется в процессе наложения двух составляющих (фиг.3) 8 и 9 с учетом их расположения вдоль оси движения стержня 4. При этом составляющая 8 получена при воздействии на индуктивность соленоида 2 только одной основной ферромагнитной части 5 стержня 4, а составляющая 9 получена при воздействии на индуктивность соленоида 2 только одной
дополнительной ферромагнитной части 6 стержня 4. В результате наложения указанных двух составляющих 8 и 9 получаем результирующую зависимость 10, имеющую достаточно протяженный участок ВС (фиг.3) линейной зависимости частоты выходного сигнала автогенератора 1 от величины перемещения цилиндрического стержня 4, перемещающегося внутри соленоида 2. Этот линейный участок ВС (фиг.3) составляет величину порядка 0,5l. Коэффициент нелинейных искажений участка ВС не превышает величину 0,1%, тогда как при исключении компенсирующей составляющей 9 (фиг.3), обусловленной действием дополнительной ферромагнитной части, зона ВС линейности с тем же значением коэффициента нелинейных искажений сокращается до 0,1l.
Некоторое снижение коэффициента преобразования перемещения в частоту в зоне линейности легко может быть компенсировано за счет увеличения несущей частоты автогенератора 1.