ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ИНДУКТИВНЫЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и имеет целью повышение чувствительности и расширение функциональных возможностей индуктивного датчика линейных перемещений путем коаксиального расположения катушек относительно оси образца и исключения из его конструкции сердечника.
Известен способ измерения перемещений, основанный на электромагнитном явлении, в частности, на изменении индуктивности электромагнитного преобразователя за счет изменения параметров, определяющих его магнитное сопротивление. К нему относится, например, индуктивный измерительный датчик перемещений, который представляет собой катушку индуктивности с магнитопроводом, подвижный элемент которого (якорь, сердечник) перемещается под воздействием измеряемой величины. Вследствие изменения воздушного зазора в магнитопроводе меняется его магнитное сопротивление и, следовательно, индуктивность катушки. Для измерений катушку индуктивного датчика включают в дифференциальную или мостовую измерительную схему переменного тока, у которой указывающий элемент проградуирован в единицах измеряемой величины. [Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под ред. Е.П.Осадчего, М. Машиностроение, 1979, с.212-220, 231-235; Туричин A.M., Электрические измерения неэлектрических величин, 4 изд., М.-Л, 1966].
Наличие магнитопровода и якоря является фактором, увеличивающим габариты и вес датчика. Существенным недостатком является отсутствие возможности закрепления данного датчика на рабочей части испытуемого образца при проведении механических испытаний на растяжение (сжатие) или теплофизических испытаний.
Известен датчик Бровина для измерения перемещений [патент РФ, №2075726, опубликован 20.03.1997, G01В 7/06. Датчик Бровина для измерения перемещений], содержащий генератор на транзисторе и три индуктивно связанные обмотки, первая из которых включена в коллекторную цепь транзистора и образует вместе со второй положительную обратную связь генератора, а третья обмотка включена в выходную измерительную цепь датчика и установлена с возможностью перемещения относительно первой.
Недостатком этого датчика является сложность конструкции, где высокочастотный генератор, построенный по схеме усилительного каскада, состоящий из конденсатора, диода и транзистора расположен в одном корпусе с двумя индуктивно связанными между собой обмотками, что увеличивает габариты и вносит погрешность в показания датчика при изменении температуры окружающей среды, влияющей на характеристики примененных электронных компонентов. Кроме того, датчик Бровина для измерения перемещений рассчитан на измерение достаточно больших перемещений (до 30 мм), что может снижать точность измерения малых перемещений (менее 1 мм).
Датчик Бровина для измерения перемещений выбран в качестве прототипа.
Задачей полезной модели является повышение чувствительности, точности, надежности, снижение габаритов и веса датчика за счет исключения из его конструкции сердечника и коаксиального расположения с осью образца питающей и измерительной катушек.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение чувствительности и точности определения удлинения или укорочения образца при проведении механических испытаний на растяжение (сжатие) или теплофизических испытаний, снижение габаритов и веса датчика.
Технический результат достигается тем, что в датчике перемещений индуктивном коаксиальном возбуждающая и измерительная катушки установлении с возможностью перемещения относительно друг друга, возбуждающая катушка соединена с высокочастотным генератором, а измерительная катушка - с регистрирующей аппаратурой. Согласно полезной модели, возбуждающая и измерительная катушки выполнены цилиндрическими, охвачены магнитным экраном, и установлены коаксиально, измерительная катушка состоит из двух обмоток, включенных встречно, при этом длина намотки возбуждающей катушки и каждой из двух частей измерительной катушки одинаковы. Датчик снабжен зажимом для возможности установки его на исследуемом образце коаксиально. Возбуждающая катушка установлена между исследуемым образцом и измерительной катушкой, и симметрично относительно торцев измерительной катушки.
Такое исполнение при симметричном расположении катушек относительно геометрического центра обеспечивает отсутствие сигнала на катушке измерительной.
Для исключения влияния материала образца на коэффициент взаимной индуктивности катушек и уменьшения рассеяния магнитного поля применяется магнитный экран.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает возможность закрепления данного датчика на рабочей части испытуемого образца при проведении механических испытаний на растяжение (сжатие) или теплофизических испытаний, увеличение его чувствительности и точности измерений в диапазоне малых перемещений (до 1 мм), снижение габаритов и веса датчика за счет отсутствия в его конструкции магнитного сердечника.
На фиг.1 показан пример конкретного исполнения датчика перемещений индуктивного дифференциального коаксиального, где:
1. зажим для закрепления на образце;
2. катушка возбуждающая;
3. катушка измерительная;
4. магнитный экран;
5. образец.
Датчик закрепляется на образце 5 при помощи зажимов 1. На зажимах закреплены катушка возбуждающая 2 и катушка измерительная 3, которые при изменении длины образца 5 (растяжении, сжатии) могут перемещаться относительно друг друга. Катушка измерительная 3 состоит из двух частей и имеет дифференциальную намотку, при этом длины намотки возбуждающей катушки 2 и каждой из двух частей измерительной катушки 3 одинаковы. Катушки помещены в магнитный экран 4 для исключения влияния материала образца на коэффициент взаимной индуктивности катушки возбуждающей 2 и катушки измерительной 3 и для уменьшения рассеяния магнитного поля.
Датчик работает следующим образом.
Катушка возбуждающая 2 питается от высокочастотного генератора переменного напряжения (на фиг.1 не показан). При взаимном расположении катушки возбуждающей 2 и катушки измерительной 3 так, что катушка возбуждающая 2 находится симметрично относительно торцов катушки измерительной 3, на выходе катушки измерительной 3 электрический сигнал отсутствует. При перемещении катушки возбуждающей 2 и катушки измерительной 3 друг относительно друга, в катушке измерительной 3 образуется высокочастотный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна перемещению. Переменное напряжение с катушки измерительной 3 поступает на вход регистрирующей аппаратуры (на фиг.1 не показана).
С использованием предложенной совокупности признаков изготовлен и испытан опытный образец датчика. Результаты подтвердили работоспособность датчика и получение нового технического результата.