УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ ИЛИ СДВИГОВ

Для измерения малых перемещений или сдвигов известно применение электромагнитных индукционных датчиков, в которых измеряемые перемещения вызывают изменение величины воздушного зазора магнитной цепи электромагнита переменного тока, в результате чего меняется его индуктивное сопротивление. Известны также конструкции подобного рода датчиков диференциального действия, представляющих собой систему из двух электромагнитов, в которых в зависимости от измеряемого сдвига или смещения индуктивное сопротивление одного из электромагнитов возрастает, а другого - уменьшается.

Особенность предлагаемого устройства заключается в том, что подвижная и неподвижная части сердечника электромагнита выполнены из чередующихся между собой пластин из магнитного и изоляционного материала с той целью, чтобы изменение воздушного зазора системы происходило в результате перемещения подвижной части сердечника в направлении, перпендикулярном к плоскости пластин.

На чертеже схематически изображено предложенное устройство. Оно состоит из двух неподвижных сердечников 1 и 2, между полюсными концами которых расположен поддвижной сердечник 3, механически связанный с телом, перемещения которого необходимо измерить. Сердечник 3 снабжен обмоткой 6, которая включена в цепь переменного тока, а сердечники 1 и 2 имеют каждый отдельную обмотку 4 и 5, которые соединены между собой последовательно таким образом, что индуктируемые в них основной обмоткой 6 переменные э. д. с. направлены навстречу друг другу.

Как подвижной, так и неподвижные сердечники составлены из отдельных чередующихся пластин 7 и 8 одинаковой толщины, изготовленных из магнитного и немагнитного материала. На чертеже пластины из магнитного материала изображены заштрихованными.

В вертикальной плоскости неподвижные сердечники 1 и 2 жестко связаны между собой и взаимно смещены на величину Δ, которая определяется величиной наибольшего возможного измеряемого линейного перемещения n. Толщина пластин 7 и 8 также устанавливается величиной этого наибольшего линейного перемещения.

Действие предлагаемого устройства происходит следующим образом.

При присоединении обмотки возбуждения 6 устройства к сети переменного напряжения U поток Ф подвижного сердечника 3 распределится на два потока Ф₁ и Ф₂, которые замыкаются через неподвижные сердечники, 1 и 2, индуктируя при этом в обмотках 4 и 5 переменные электродвижущие силы E₁ и Е₂, величины которых зависят от величин потоков Ф₁ и Ф₂. Величины же потоков Ф₁ и Ф₂ зависят от площади перекрытия кромок магнитных пластин подвижного сердечника 3 соответствующими им пластинами неподвижных сердечников 1 и 2. Так например, на схеме изображено такое положение сердечника 3, при котором имеет место максимальное совпадение краев магнитных пластин сердечников 3 и 2 и отсутствие этого перекрытия у сердечника 1, в результате чего края магнитных пластин сердечника 3 оказываются расположенными против немагнитных пластин сердечника 1. Такое взаимное расположение пластин достигается тем, что неподвижные сердечники 1 и 2, как уже указывалось, смещены один относительно другого на толщину одной пластины в направлении, перпендикулярном плоскости пластин.

Так как подвижной сердечник также перемещается в направлении, перпендикулярном к плоскости пластин, то в исходном положении его пластины из магнитного материала будут лежать в одной плоскости с магнитными пластинами неподвижного сердечника 2. При этом воздушный зазор будет минимальным, а соответственно, величина э. д. с., индуктируемой в обмотке 5, - наибольшей. По отношению ко второму неподвижному сердечнику 1 зазор воздушного промежутка между магнитными пластинами будет, наоборот, максимальным, а э. д. с., индуктируемая в обмотке 4, минимальной, соответственно с чем разность э. д. с., индуктируемая в диференциально включенных обмотках 4 и 5, будет наибольшей.

По мере перемещения подвижного сердечника в вертикальном направлении зазор между пластинами сердечников 2 и 3 будет возрастать, а сердечников 3 и 1 - уменьшаться; при этом одна из э. д. с. будет уменьшаться, а другая - увеличиваться и одновременно будет уменьшаться результирующая разностная э. д. с. в обмотках сердечников 1 и 2.

Таким образом перемещение подвижного сердечника 3 в вертикальном направлении (как указано стрелкой Р) влечет за собой изменение площадей перекрытия железа подвижного сердечника 3 и неподвижных 1 и 2, что приводит к соответствующему распределению потоков Ф₁ и Ф₂ и создает в обмотках 4 и 5 электродвижущие силы Е₁ и Е₂, величины которых зависят от этих потоков Ф₁ и Ф₂. Последнее приводит к изменению результирующей электродвижущей силы Е_р=Е₁-Е₂ между зажимами A и Б устройства, которая может быть с достаточной точностью выражена в виде

где w₀ - число витков обмоток неподвижных сердечников;

w - число витков подвижного сердечника;

n - величина перемещения;

а - толщина железного слоя (а=Δ).

В этом случае чувствительность устройства по напряжению может быть выражена в виде

или, подставляя вместо а величину Δ, получим:

Из выведенного соотношения для чувствительности устройства видно, что оно зависит от толщины железного слоя Δ.

Если бы сердечники данного устройства были выполнены не слоенными, а целиком из шихтованного железа, причем неподвижные сердечники 1 и 2 были по вертикали смещены на величину Δ, то для результирующей э. д. с. выражение имело бы вид

где s₁ и s₂ - площади перекрытия сердечников 1 и 2,

или, выражая s₁ и s₂ через перемещения n₁ и принимая, что s₁=s₀, a s₂=s₀-2а=s₀-2Δ,

где s₀ - начальная площадь сердечника, получим:

Отсюда чувствительность устройства для случая нераслоенного железа будет иметь вид

Сравнивая уравнения (1) и (2), устанавливаем, что чувствительность устройства со слоенным сердечником больше, чем у устройства с целым сердечником, так как s₀-Δ>Δ (при одних и тех же габаритах).