CC BY
211
УДК 621.396.69
Г
\
БО! 10.21685/2307-4205-2017-1-8
ДАТЧИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН НА БАЗЕ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ С БЕГУЩИМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
В. Я. Горячев, Т. Ю. Бростилова, С. В. Кисляков
Электромагнитные датчики механических величин прочно удерживают лидирующее положение по надежности в эксплуатации, простоте в технологии изготовления и стоимости среди огромного количества датчиков. Датчикам, которые являются основными элементами преобразования механических величин в электрические сигналы, посвящено достаточно большое количество научных исследований. Это указывает на то, что интерес к подобным устройствам не ослабевает.
Особое место среди известных разработок в этой области занимают измерительные фазовращатели, обладающие высокой разрешающей способностью. Разработанные на основе электромагнитной системы электрических микромашин они заняли прочное положение в системах автоматического управления и регулирования самых ответственных устройств [1].
Основным информативным параметром выходного сигнала фазовращателей является изменение фазы выходного напряжения. Поэтому важной характеристикой измерительной системы является точность отображения фазы и амплитуды выходного напряжения [2-3].
Предлагаемый принцип построения датчиков позволяет в значительной степени уменьшить габаритные размеры информационной линейки и увеличить коэффициент ее использования в датчиках линейных перемещений.
Принцип действия фазовращателей с бегущим магнитным полем поясним на примере фазового датчика линейных перемещений, конструкция которого представлена на рис. 1.
Фазовый датчик линейных перемещений с поперечным магнитным полем состоит из информационной линейки и магнитного шунта. Информационная линейка включает: 1 - синусную обмотку; 2 - косинусную обмотку; 3 - выходную обмотку; 4 - магнитопровод информационной линейки; 5 - магнитный шунт.
Из конструкции следует, что все три обмотки датчика расположены на неподвижной части, называемой информационной линейкой. Магнитопровод информационной линейки длиной I имеет п зубцов, на которые уложены обмотки. Расстояние между серединами соседних зубцов равно а = ¡¡п .
1. Принцип действия и особенности конструкции фазовых датчиков с бегущим магнитным полем
I
1
Рис. 1. Конструкция фазового датчика линейных перемещений
Число витков синусной обмотки каждого зубца зависит от его порядкового номера и определяется по формуле
. , 2л
Wsk = Wm sin
sk m
n
(k -0,5)),
где - число витков синусной обмотки на к-м зубце; Жт - максимальное количество витков; п - количество зубцов информационной линейки; к - порядковый номер зубца, изменяющийся от 1 до п.
Число витков косинусной обмотки изменяется по косинусоидальному закону в зависимости от порядкового номера зубца и определяется по формуле
Wck = Wm cos(-0,5)),
где k = 1, 2, ..., n; Wck - количество витков косинусной обмотки на k-м зубце.
Выходная обмотка 3 имеет одинаковое число активных проводников на всех зубцах магни-топровода информационной линейки, равное Wr.
Синусная и косинусная обмотки датчика получают питание от двухфазного источника синусоидального напряжения. На зажимы косинусной обмотки 2 подано синусоидальное напряжение, поэтому ток обмотки изменяется по следующему закону в функции времени:
ic = Im sinrot,
где ic - мгновенное значение тока косинусной обмотки; Im - амплитуда токов; ю - угловая частота питающего напряжения [1].
Синусная обмотка 1 получает питание от источника синусоидального напряжения, сдвинутого по фазе относительно напряжения косинусной обмотки на четверть периода, поэтому ток синусной обмотки будет изменяться по следующему закону в функции времени:
■ г • ( Л Is = Im sin I ю + 4
где is - мгновенное значение тока синусной обмотки.
Результирующая намагничивающая сила k-го зубца информационной линейки определяется суммой намагничивающих сил обмоток:
Fk = Im sin rntWm cos ( 2f(k - 0,5))) + Im sin | rnt + Л ^Wm sin 1^ (k - 0,5))). Действующее значение результирующей намагничивающей силы k-го зубца будет равно
Fk = ^12Wm2 cos2 (- 0,5))) +1W sin2 (- 0,5)) = IWm .
Начальная фаза намагничивающей силы k-го зубца определится уравнением
in (f(k - 0,5))
2T(k - 0,5))'
2л,
sin
= arctg
cos
таким образом, =—(k - 0,5).
n
В случае равенства магнитных сопротивлений зубцов их магнитные потоки будут изменяться по синусоидальному закону в функции времени с равными амплитудами, но с фазовым сдвигом относительно друг друга на угол а = 2к/п .
Удельный магнитный поток Ф0 , определяемый магнитным потоком на единицу длины (фо = ёФ/ёх), будет неизменным в пределах зубца. В любой момент времени ? в пределах информационной линейки он будет распределен по закону ступенчатой функции. Мгновенное значение магнитного потока в момент времени ^ = ^ распределено вдоль оси информационной линейки по синусоидальному закону в зависимости от порядкового номера зубца к:
in ^ ю tl +—(k - 0,5)).
Фо(?1,k) =Фот sin
В пределах любого зубца информационной линейки длиной l удельный магнитный поток в функции времени t будет изменяться также по синусоидальному закону [2].
Основная гармоническая составляющая ступенчатой функции распределения удельного магнитного потока при ее разложении в ряд Фурье по аргументу x в функции времени t и в функции x описывается формулой
( 2п
Ф0 (t, x) = Ф0га sin I юt +—x
Таким образом, синусная и косинусная обмотки, питаемые двухфазным напряжением, создают бегущее магнитное поле, силовые линии которого замыкаются в плоскости перпендикулярной оси информационной линейки.
На рис. 2 показано распределение удельного магнитного потока вдоль линейки в момент времени t = tl (рис. 2,а) и в момент времени t = t2 > tl (рис. 2,6). Если магнитопровод информационной линейки однороден, т.е. его удельное магнитное сопротивление постоянно по всей длине линейки, то в любой момент времени поток вектора индукции по поверхности равномерной обмотки будет равен нулю. Другими словами, результирующий магнитный поток, сцепленный с равномерной обмоткой, будет равен нулю и напряжение на выходе равномерной обмотки тоже будет равно нулю. При наложении магнитного шунта на информационную линейку нарушается однородность магнитопровода по оси x. Пусть магнитный шунт, длина которого по оси x равна ширине зубца lch = l¡n, наложен на 8-м участке магнитопровода. Магнитное сопротивление этого участка уменьшится, что приведет к увеличению магнитного потока этого участка. Приращение магнитного потока 8-го участка, вызванное изменением магнитного сопротивления этого участка, пропорционально заштрихованной площади на рис. 2,а.
а) б)
Рис. 2. Распределение удельного магнитного потока вдоль линейки
Результирующий магнитный поток равномерной обмотки в этом случае не будет равен нулю и определится увеличением магнитного потока в зоне расположения подвижного магнитного шунта. Начальная фаза выходного напряжения будет определяться начальной фазой результирующего магнитного потока, которая в свою очередь определяется начальной фазой намагничивающей силы этого участка. Магнитный поток, сцепленный с равномерной обмоткой, будет изменяться по синусоидальному закону во времени с начальной фазой, определяемой начальной фазой намагничивающей силы участка. В нашем случае этот угол будет равен а = [ —(8 — 0,5) | = 0,469я радиан.
V16 )
При перемещении магнитного шунта начальная фаза выходного напряжения будет изменяться пропорционально расстоянию от начала информационной линейки до середины магнитного шунта.
Поясним работу датчика с помощью векторной диаграммы магнитных потоков зубцов. На рис. 3 представлена векторная диаграмма магнитных потоков участков при отсутствии шунта. Как было показано ранее, намагничивающие силы участков равны по величине и сдвинуты по фазе на угол а . Если магнитные сопротивления участков равны между собой, то их магнитные потоки будут также равны по величине и сдвинуты по фазе на угол а . Так как с выходной обмоткой сцепляются магнитные потоки всех 16 участков, то суммарный магнитный поток будет равен нулю. Выходное напряжение датчика также будет равно нулю. Уменьшение магнитного сопротивления 6-го участка, например, приведет к увеличению потока этого участка на величину Фск . На рисунке этот поток показан пунктирной линией. Результирующий магнитный поток равномерной обмотки будет равен магнитному потоку Фск . Амплитуда и начальная фаза входного напряжения определятся именно этим магнитным потоком. Изменение положения шунта относительно информационной линейки приведет к изменению начальной фазы результирующего магнитного потока при практически неизменной амплитуде [3].
Рис. 3. Векторная диаграмма магнитных потоков участков при отсутствии шунта
Следует уточнить способ укладки обмоток датчика. Активными сторонами обмоток являются проводники, расположенные вдоль оси информационной линейки. Ранее указывалось на то, что количество этих проводников определяется с помощью формул
Wks = Wm sin|^(k - 0,5)), Wkc = Wm cos {^(h - 0,5))), Wr = W = const,
где - количество активных проводников синусной обмотки на к-м участке; - количество активных проводников косинусной обмотки на к-м участке; Жг - количество активных проводников равномерной обмотки, которая охватывает все п зубцов информационной линейки; к - порядковый номер зубца, изменяющийся от 1 до п.
Отличие рассматриваемой электромагнитной системы от существующих магнитных систем фазовращателей заключается в том, что механическая сила взаимодействия обмоток направлена перпендикулярно направлению перемещения магнитного поля. Результирующее значение этой силы вдоль направления перемещения равно нулю, так как обе обмотки расположены на статоре. Второе отличие заключается в том, что для нормального функционирования устройства достаточно ввести тело, нарушающее однородность магнитопровода информационной линейки. Начальная фаза выходного напряжения укажет на местоположение неоднородности. Магнитное поле датчика сосредоточено вокруг активных сторон обмотки. Длина магнитных силовых линий гораздо меньше, чем длина силовых линий магнитного поля классических фазовращателей. И последнее, но важное отличие заключается в том, что все обмотки расположены на неподвижной части устройства, и электрическая связь с подвижной частью фазовращателя отсутствует.
Следует отметить и то, что магнитная система с бегущим магнитным полем реагирует на наличие проводящей немагнитной среды в магнитном поле магнитопровода информационной линейки. Несмотря на то, что магнитная проницаемость проводящего материала введенного тела будет практически равна проницаемости вакуума, проводящее тело окажет существенное влияние на магнитное поле в зоне его расположения. Это объясняется размагничивающим действием вихревых токов, вызванных изменяющимся во времени магнитным полем статора. Суммарный магнитный поток поля в этой зоне будет меньше и суммарная ЭДС равномерной обмотки не будет равна нулю, а ее фазовый сдвиг относительно опорного напряжения будет зависеть от места расположения проводящего тела.
2. Фазовый датчик угловых перемещений
В качестве датчика угловых перемещений может быть использован классический электромашинный фазовращатель. При повороте ротора ЭДС обмотки ротора изменяют свою начальную фазу. Датчик такого типа имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что выходная обмотка расположена на роторе. Ротор является подвижной частью датчика. Для нормальной работы датчика он должен иметь электрическую или магнитную связь с неподвижной частью, т.е. со статором. Это в значительной степени усложняет конструкцию и надежность датчика.
Датчик угловых перемещений достаточно просто реализуется на основе магнитной системы с поперечным бегущим полем. Конструкция датчика схематично показана на рис. 4. Датчик состоит из статора 1, ротора 2, обмоток датчика 3. Для получения такого датчика достаточно «свернуть» в кольцо измерительную линейку датчика линейных перемещений. В этом случае синусная и косинусная обмотки становятся совершенно одинаковыми, сдвинутыми лишь в пространстве на 90
1
Рис. 4. Конструкция датчика
Обмотки возбуждения датчика укладываются в пазы, расположенные на внутренней поверхности статора. Количество витков синусной обмотки и косинусной обмотки определяется традиционным способом.
Косинусная обмотка аналогична синусной, но секции этой обмотки сдвинуты относительно секций синусной на два зубца, т.е. на 90 ° в пространстве. Равномерная обмотка уложена вдоль выступов.
Конструкция фазового датчика угловых перемещений может быть различной. Одним из вариантов исполнения датчика является магнитная система с внутренним статором. Такая конструкция достаточно удобна для укладки обмоток, так как позволяет производить укладки обмотки не только вручную, но и станками-автоматами.
3. Датчик механических крутящих моментов
Проблема измерения крутящих моментов всегда была достаточно сложной, так как условия для измерений не всегда благоприятны. Как правило, вопрос решается достаточно просто при измерении статических моментов, когда скорость вращения ведущего и ведомого валов равна нулю. Успешно решается вопрос измерения механических моментов вращающихся валов. Известны примеры измерения крутящего момента при изменении скорости вращения в определенных пределах. Основной недостаток существующих датчиков крутящих моментов заключается в том, что в большинстве своем не могут измерять механический момент как неподвижных, так и вращающихся валов.
Предлагаемый фазовый датчик механических крутящих моментов с одинаковым успехом может применяться для измерения крутящих моментов неподвижных и вращающихся валов.
Кроме измерения среднего значения крутящего момента за определенный отрезок времени, датчик позволяет определять мгновенное значение крутящего момента или контролировать изменение механического вращающего момента во времени с хорошей разрешающей способностью.
Конструкция датчика представлена на рис. 5.
Л *
i
Рис. 5. Датчик механических крутящих моментов
Датчик представляет собой два датчика угловых перемещений 2 и 3, расположенных на одной оси. Валы роторов 1 и 4 датчиков соединены упругим элементом, позволяющим смещаться магнитным шунтам 5 и 6 датчиков относительно друг друга. Ось одного датчика жестко соединена с ведомым валом 4, а другого датчика - соединена с ведущим валом 1. Упругий элемент 7 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить максимальный угол закручивания при максимальном измеряемом крутящем моменте.
При питании обмоток возбуждения датчиков двухфазным напряжением частотой ю и при вращении осей датчиков, связанных с магнитными шунтами, со скоростью Q мгновенные значения выходных напряжений датчиков могут быть описаны уравнениями
Щ = U1m sin (roí + Qt + а1), u2 =U2m sin (rot + Qt + а2).
При отсутствии нагрузки на валу положение роторов датчиков относительно друг друга можно выбрать таким, что а1 = а2 = а . Того же эффекта можно добиться с помощью электронного каскада - фазовращателя. В приведенных формулах а1 и а2 - начальные фазы выходных напряжений u1 и u2 . При передаче с помощью вала механического момента, не равного нулю,
упругий элемент обеспечит определенный угол относительного смещения валов и магнитных шунтов датчиков. Величина угла смещения валов будет пропорциональна крутящему моменту. При угле закручивания Р и угле исходного положения ведомого вала выходные напряжения будут изменяться в функции времени по следующим законам:
щ = U1m sin [roí + p(Qí)], u2 = U2m sin [roí + p(Qí + Р)].
Очевидно, что фазовый сдвиг между двумя напряжениями пропорционален углу закручивания пружины
Ф = Р Р,
где ф - фазовый сдвиг между напряжениями; p - коэффициент редукции, значения которого изменяются от 8 до 32 .
«Отставание по фазе» напряжения u1(í) от напряжения u (í) обеспечено вращением ведущего вала со скоростью Q . При наблюдении напряжений с помощью осциллографа при синхронизации его входным напряжением, выходные напряжения щ и u2 «плывут» относительно u со скоростью тем большей, чем больше частота вращения Q .
Очевидно, что фазовый сдвиг напряжения u2 относительно щ пропорционален крутящему моменту и зависит от свойств упругого элемента. Большая величина угла закручивания нежелательна из-за того, что это приводит к ухудшению динамических свойств механической связи ведущего и ведомого валов.
Для преобразования механических крутящих моментов в угол взаимного смещения ведущего и ведомого валов следует использовать упругий элемент с повышенной жесткостью, который обеспечивает малый угол относительного смещения валов. Для измерения этого угла следует использовать фазовые датчики угловых перемещений редукционного типа.
4. Фазовый датчик с электромагнитной редукцией
Стремление увеличить чувствительность датчиков угловых и линейных перемещений заставляет увеличивать количество периодов укладки обмоток в датчиках угловых перемещений и уменьшать длину информационной линейки в датчиках линейных перемещений. Однако существует более удобный и более эффективный способ увеличения чувствительности. Это совместное использование бегущей волны и построение конструкции магнитопровода по принципу электромагнитной редукции. Ранее рассматривался ферромагнитный шунт в качестве элемента, вносящего неоднородность в однородную магнитную цепь статора.
В датчиках с повышенной чувствительностью под неоднородностью понимается незначительное изменение магнитного сопротивления в одном месте магнитопровода, а изменение удельного магнитного сопротивления магнитопровода - вдоль информационной линейки или вдоль воздушного зазора датчика угловых перемещений.
Статор
Рис. 6. Конструкция магнитопровода редукционного датчика угловых перемещений
Поясним это на конкретном примере. В датчике линейных перемещений статор представляет собой традиционную измерительную линейку с магнитопроводом из магнитного материала. Зубцы и пазы статора могут иметь одинаковую ширину. Такое соотношение выбрано лишь для лучшего понимания принципа действия датчика с электромагнитной редукцией. Конструкция магнитопровода редукционного датчика угловых перемещений представлена на рис. 6. Подвижная часть датчика, или так называемый магнитный шунт, может быть произвольной длины. Поверхность шунта, обращенная к статору, имеет зубцы, аналогичные зубцам статора. Количество зубцов шунта на единицу больше или на единицу меньше количества зубцов статора в пределах длины волны. Возможны и более сложные соотношения между количеством зубцов.
В датчике угловых перемещений линейные размеры заменяются угловыми размерами.
Магнитный поток отдельного зубца будет пропорционален площади перекрытия зубца статора зубцами подвижной части датчика. Очевидно то, что магнитный поток распределен в зазоре неравномерно. Начальные фазы потоков зубцов равны начальным фазам намагничивающих сил, а их амплитуда обратно пропорциональна магнитному сопротивлению или пропорциональна степени перекрытия зубцов статора и ротора. Векторная диаграмма магнитных потоков зубцов будет выглядеть, как показано на рис. 7. Суммарный поток будет достаточно велик и, что очень важно, будет совпадать по фазе с магнитным потоком первого зубца.
При смещении магнитного шунта на 1/12 деления зубца максимальный магнитный поток будет иметь место уже не в первом, а во втором зубце, так как выступ подвижной части, расположенный напротив первого зубца, сдвинется вправо на двенадцатую часть, и степень перекрытия первого зубца уменьшится. Второй зубец статора будет полностью перекрыт. Если теперь построить векторную диаграмму магнитных потоков и вычислить результирующий вектор, то можно сделать вывод о том, что его амплитудное значение останется прежним, но начальная фаза изменится в сторону отставания относительно прежнего значения на к/ 6 рад.
При повороте ротора на 1/12 оборота начальная фаза выходного напряжения изменится на 2к рад. Коэффициент редукции в этом случае будет равен 12. Чувствительность датчика увеличится в 12 раз.
Такой способ увеличения чувствительности датчика используется как при создании датчиков линейных перемещений, так и при конструировании датчиков угловых перемещений.
При использовании такого способа увеличения чувствительности в датчиках угловых перемещений при повороте ротора на 2к рад начальная фаза ф1 выходного напряжения изменится на 2кп рад.
При описании конструкции датчика уже рассматривалась особенность магнитной системы датчика с магнитной редукцией, которая заключается в том, что ширина паза равна ширине зубца магнитопровода статора. Ротор такого фазовращателя в общем случае представляет собой круг из ферромагнитного материала толщиной, равной толщине статора. На роторе по всей окружности расположены пазы и зубцы. Количество зубцов ротора на единицу больше или меньше количества зубцов статора.
Выше было рассмотрено лишь распределение удельного магнитного потока по статору при различных значениях соотношения длин зубцов статора и ротора т . Для получения максимального
Ф1
Фкф7 Фб
Рис. 7. Векторная диаграмма магнитных потоков зубцов
напряжения на выходе необходимо учитывать не только абсолютное значение магнитного потока, но и начальную фазу этого магнитного потока. На рис. 8 представлен график зависимости амплитуды удельного магнитного потока и его начальной фазы от пространственного угла, где начальная фаза максимального магнитного потока принята равной нулю.
71
а) б)
Рис. 8. Зависимость амплитуды удельного магнитного потока и его начальной фазы от пространственного угла
По вертикали отложены временные углы фазового сдвига, а по горизонтали - пространственные углы. Уравнение прямой, находящейся справа от оси удельных потоков Ф0 , запишется в следующем виде при т = 0,5:
Фо =Ф0тИ "1 ® I .
П
Уравнение прямой, расположенной слева от оси, будет выглядеть следующим образом:
1
Ф0 =Ф0т11 + -® I.
П
Уравнение прямой зависимости начальных фаз удельного магнитного потока от пространственного угла определяется уравнением а = 0. Учитывая значения т , получаем уравнения магнитных потоков справа и слева от вертикальной оси:
Ф0 = тФ0т1 1"
1
2тп
0 | и Ф0 = тФ0т I 1
1
2тп
-0 |.
Уравнения действительны для 0 = ±2тп. Для других значений 0 Ф0 = 0 . Выходное напряжение пропорционально суммарному магнитному потоку выходной обмотки, который определяется интегралом от закона распределения удельного магнитного потока по пространственному углу:
-2пт
2пт
Г тФ0т |1 + —0 10080d0 + Г тФ0т \1--— 0|0080d0 =
•> 0т ^ 2пт ) 0 0т ^ 2пт |
0 0 1 2пт 1
Г 008Ш0 + Г -00080^0- Г -00080d0
^ 2пт 2пт
= тФ
,-2 пт
-2пт
= тФ
0т
2 8т (2пт) + —---—008(2пт) - 2 8т(2пт)
пт пт
2пт
=1 Ф0т[1 - 008(2пт)]. п
Таким образом, суммарный магнитный поток, обеспечивающий выходное напряжение, изменяется при изменении т по следующему закону:
Фг =1Ф0т [1 - 008(2пт)]. п
Из полученного уравнения следует, что наиболее эффективным является значение m = 0,5, так как cos л = —1, и в этом случае
2
фг =-Фот .
л
Начальная фаза магнитного потока, изменяющегося по синусоидальному закону во времени, определяется начальной фазой намагничивающей силы зубца с максимальным магнитным потоком.
Заключение
При проектировании измерительных фазовращателей с бегущим магнитным полем следует учитывать то, что важным показателем качества датчика является соотношение напряжений на выходе датчика при отсутствии шунта Ur0 и при наличии магнитного шунта Ur. Чем больше отношение Ur/Urо , тем меньше погрешность датчика. Для улучшения этого соотношения необходимо увеличивать Ur и уменьшать Ur0. Уменьшить Ur0 можно балансировкой синусной и косинусной обмоток. Дополнительный эффект дает ослабление магнитной связи между обмотками при отсутствии шунта.
Следует отметить простоту конструкции фазовых датчиков с бегущим магнитным полем. С другой стороны, сравнивая работу классических фазовращателей с вращающимся магнитным полем с представленными выше фазовращателями, приходим к заключению о том, что первичная и вторичная аппаратура, обеспечивающая их функционирование, абсолютно идентична. Это дает право отметить универсальность представленных технических решений, с одной стороны. С другой - область применения фазовращателей расширена за счет применения фазовращателей для измерения параметров линейных перемещений.
Библиографический список
1. Исследование программных пакетов моделирования влияния электромагнитных воздействий на изделия радиоэлектронных средств / С. А. Бростилов, Т. Ю. Бростилова, Н. К. Юрков, Н. В. Горячев, В. А. Трусов, В. Я. Баннов, А. О. Бекбаулиев // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. -2015. - Т. 1. - С. 206-209.
2. Садыхов, Г.С. Оценка вероятности безотказного срабатывания объекта при высоких уровнях безотказности / Г. С. Садыхов, А. А. Артюхов // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. -2015. - Т. 1. - С. 37-38.
3. Ермолаев, В. А. Риски отказов сложных технических систем / В. А. Ермолаев, Н. К. Юрков, Ю. А. Рома-ненко // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. - 2014. - Т. 1. - С. 46-49.
Горячев Владимир Яковлевич доктор технических наук, профессор, кафедра электроэнергетики и электротехники, Пензенский государственный университет (440026, Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) E-mail: [email protected]
Бростилова Татьяна Юрьевна
кандидат технических наук, доцент, кафедра электроэнергетики и электротехники, Пензенский государственный университет (440026, Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) E-mail: [email protected]
Кисляков Сергей Вячеславович инженер,
кафедра электроэнергетики и электротехники, Пензенский государственный университет (440026, Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40) E-mail: [email protected]
Goryachev Vladimir Yakovlevich
doctor of technical sciences, professor,
sub-department of power and electrical engineering,
Penza State University
(440026, 40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Brostilova Tat'yana Yur'evna
candidate of technical sciences, associate professor,
sub-department of power and electrical engineering,
Penza State University
(440026, 40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Kislyakov Sergey Vyacheslavovich
engineer,
sub-department of power and electrical engineering,
Penza State University
(440026, 40 Krasnaya street, Penza, Russia)
Аннотация. Для измерения механических величин предлагается использовать фазовращатели с бегущим магнитным полем. Это позволяет не только упростить конструкцию измерительных фазовращателей угловых перемещений, но и разработать надежные фазовращатели линейных перемещений. Представлена блок-схема информационно-измерительной системы механических моментов на валу двигателя, отличающаяся тем, что измерение момента производятся как в статическом режиме, так и при вращении вала с одинаковой погрешностью. Описана конструкция датчика и его электрические параметры, а также функция преобразования. Определены источники погрешности измерительной системы, дан анализ амплитудной и фазовой погрешностей датчика положения, работающего в однофазном режиме.
Ключевые слова: датчик, фазовращатели, угловые перемещения, линейные перемещения, магнитное поле.
Abstract. In the present work for the measurement of mechanical quantities is proposed to use phase shifters with a traveling magnetic field. This allows not only to simplify the structure of the phase shifters and measuring angular displacements, but also to develop reliable phase shifters linear displacement. A block diagram of the information-measuring system of mechanical moments on the motor shaft is presented, differing in that the torque is measured both in the static mode and with the rotation of the shaft with the same error. The sensor design and its electrical parameters as well as the conversion function are described. The sources of the error of the measuring system are determined, and the amplitude and phase errors of the position sensor operating in the single-phase mode are analyzed.
Key words: sensor, phase shifters, angular displacements, linear, magnetic field.
УДК 621.396.69 Горячев, В. Я.
Датчики механических величин на базе фазовращателей с бегущим магнитным полем /
В. Я. Горячев, Т. Ю. Бростилова, С. В. Кисляков // Надежность и качество сложных систем. - 2017. -№ 1 (17). - С. 59-69. DOI 10.21685/2307-4205-2017-1-8.
