Магнитоиндукционный тахометрический преобразователь

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована при измерении расхода турбинными и шариковыми расходомерами, измерении частоты вращения валов различных агрегатов и т.д. в случаях, когда в месте расположения магнитоиндукционного преобразователя имеются сильные неоднородные магнитные поля и предъявляются жесткие требования к габаритам преобразователя.
Из предшествующего уровня техники известен магнитоиндукционный тахометрический преобразователь турбинного или шарикового расходомера, содержащий постоянный магнит с намотанной на нем обмоткой [1]. Магнитоиндукционный преобразователь устанавливается в стенке прозрачного для магнитного поля корпуса преобразователя расхода в месте прохождения индуктора (лопастей турбинки или шарика), изготовленного из ферромагнитного материала. Вращающийся индуктор периодически пересекает силовые линии магнитного поля, создаваемого магнитом, в результате чего в обмотке возникает ЭДС, имеющая форму синусоиды. Недостатком данного устройства является возникновение помехи при наличии внешнего переменного магнитного поля, изменяющегося с частотой, лежащей в рабочем диапазоне частот сигнала магнитоиндукционного преобразователя (такими помехами сопровождается, например, работа электроприводов). При наложении помехи на полезный сигнал последний искажается, что приводит к увеличению погрешности измерений.
Известен также магнитоиндукционный тахометрический преобразователь, содержащий постоянный магнит цилиндрической формы, намотанные на нем идентичные рабочую и компенсационную обмотки, включенные последовательно-встречно. Рабочая обмотка расположена максимально близко к концу магнита, обращенному к индуктору. Компенсационная обмотка расположена на магните вплотную к рабочей обмотке так, что рабочая обмотка находится между индуктором и компенсационной обмоткой. Обе обмотки имеют минимально возможную высоту. При появлении магнитного поля в обмотках возникают полезные ЭДС и ЭДС помехи. За счет того, что обмотки имеют одинаковое число витков и одинаковую геометрию, наводимые магнитным полем ЭДС помехи имеют одинаковую величину, а за счет того, что обмотки находятся на разном расстоянии от индуктора, полезные ЭДС имеют разную величину (большую у рабочей обмотки). При последовательно-встречном соединении обмоток ЭДС обмоток вычитаются, при этом помеха подавляется, а полезный сигнал остается [2].
Недостатком описанного преобразователя является наличие остаточной помехи из-за влияния индуктора. Как показали дополнительные исследования, из-за того, что индуктор расположен на разных расстояниях от обмоток, ЭДС помехи даже при полной идентичности обмоток неодинаковы и при их вычитании имеется ненулевой остаток. При работе в нижней части диапазона измерений, где амплитуда полезного сигнала минимальна, остаточное напряжение может нарушать работу преобразователя расхода.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении помехоустойчивости магнитоиндукционного тахометрического преобразователя к воздействию внешнего переменного неоднородного магнитного поля.
К
Р
Данная задача решается за счет того, что магнитоиндукционный тахометрический преобразователь, содержащий постоянный магнит цилиндрической формы и намотанные на нем расположенные вплотную и включенные последовательно-встречно рабочую и компенсационную обмотки, число витков компенсационной обмотки N превышает число витков рабочей обмотки N на величину:
где h - высота обмотки;
- относительное изменение ЭДС наводки e при удалении обмотки на расстояние Δy от индуктора.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, на которых приведены: на фиг. 1 - устройство предлагаемого магнитоиндукционного тахометрического преобразователя, на фиг. 2 - графики зависимости амплитуды полезного сигнала и наводки от расстояния до индуктора.
Магнитоиндукционный тахометрический преобразователь (фиг. 1) включает постоянный магнит 1 цилиндрической формы, рабочую обмотку 2 и расположенную вплотную к рабочей обмотке компенсационную обмотку 3. Рабочая обмотка 2 и компенсационная обмотка 3 включены последовательно-встречно, для чего конец рабочей обмотки 2 соединен с концом компенсационной обмотки 3. Сигнал снимается с начала рабочей обмотки 2 и начала компенсационной обмотки 3. Высота обмоток выполнена минимальной: для обеспечения необходимого числа витков применен намоточный провод малой толщины, а рабочая обмотка расположена максимально близко к концу магнита, обращенному к индуктору 4.
Р
К
Р
К
Р
К
Р
К
Р
К
Подавление наводки от внешних магнитных полей происходит следующим образом. В процессе измерений при вращении индуктора 4 в рабочей 2 и компенсационной 3 обмотках преобразователя возникают ЭДС полезного сигнала Е и Е, соответственно. Поскольку компенсационная обмотка 3 находится от индуктора 4 на большем расстоянии, чем компенсационная обмотка 3, то ЕР≠ЕК, причем Е>Е. А поскольку обмотки включены последовательно-встречно, формируется напряжение, равное разности ЭДС ΔЕ=Е-Е. При появлении в месте эксплуатации преобразователя внешнего переменного неоднородного магнитного поля в рабочей 2 и компенсационной 3 обмотках преобразователя возникают ЭДС помехи е и е, соответственно, причем е>е, поскольку, как показали экспериментальные исследования, амплитуда ЭДС наводки слабо практически линейно убывает с удалением от индуктора (см. фиг. 2):
причем
Р
К
Р
К
При выполнении условия (1) выполняется строгое равенство е=е. А поскольку обмотки включены последовательно-встречно, на них формируется напряжение, равное разности ЭДС Δе=е-е=0, т.е. происходит подавление наводки. При этом полезный сигнал уменьшается незначительно, поскольку крутизна функции Е(y) существенно больше таковой функции e(Y).
Таким образом, применение заявляемого технического решения с описанной совокупностью признаков обеспечивает полное подавление наводки от переменного магнитного поля с учетом его неоднородности и зависимости величины наводки от расстояния между обмоткой и индуктором.
1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1989, с. 276, 297.
2. Чернышев В.А., Петров С.В. Магнитоиндукционный тахометрический преобразователь. Патент РФ на полезную модель, №178607, опубл. 11.04.2018 г.