RU2505822C1 - Rpm induction sensor - Google Patents
Rpm induction sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2505822C1 RU2505822C1 RU2012128070/28A RU2012128070A RU2505822C1 RU 2505822 C1 RU2505822 C1 RU 2505822C1 RU 2012128070/28 A RU2012128070/28 A RU 2012128070/28A RU 2012128070 A RU2012128070 A RU 2012128070A RU 2505822 C1 RU2505822 C1 RU 2505822C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- permanent magnet
- sections
- modulator
- sensor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения частоты вращения валов двигателей в условиях широкого изменения рабочих температур.The invention relates to the field of instrumentation and can be used for non-contact measurement of the frequency of rotation of motor shafts under conditions of wide changes in operating temperatures.
Известен индукционный датчик скорости вращения, содержащий зубчатое колесо из ферромагнитного материала, постоянный магнит, две магнитные системы, образованные сердечниками и обмотками, магнитодиод, приклеенный к торцу магнитопровода и источник питания [1].Known induction speed sensor containing a gear made of ferromagnetic material, a permanent magnet, two magnetic systems formed by cores and windings, a magnetodiode glued to the end of the magnetic circuit and a power source [1].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является магнитоиндукционный датчик частоты вращения, содержащий постоянный магнит, обмотку с сердечником, индуктор-модулятор на валу, немагнитную вставку между полюсом магнита и торцом сердечника [2].Closest to the proposed invention by technical essence is a magnetic induction speed sensor containing a permanent magnet, a core winding, an inductor-modulator on the shaft, a non-magnetic insert between the magnet pole and the end of the core [2].
Недостатками известных индукционных датчиков является недостаточная чувствительность преобразования и точность измерения частоты вращения, сравнительно большие габаритно-массовые параметры.The disadvantages of the known induction sensors are the lack of sensitivity of the conversion and the accuracy of measuring the speed, relatively large overall dimensions.
Предлагаемый датчик частоты вращения позволит значительно повысить чувствительность преобразования и точность измерения частоты вращения, уменьшить габаритно-массовые параметры.The proposed speed sensor will significantly increase the sensitivity of the conversion and the accuracy of measuring the speed, reduce the overall mass parameters.
Поставленная цель достигается тем, что в индукционном датчике частоты вращения, содержащем постоянный магнит, обмотку с сердечником, индуктор-модулятор на валу, согласно предлагаемому изобретению сердечник выполнен в виде усеченного конуса с гиперболической образующей, основание которого обращено к торцу магнита, при этом обмотка выполнена в виде двух гальванически развязанных секций, причем основная часть витков секций обмотки размещена в зоне вершины сердечника с диаметром D1=(0,15÷0,20)D основания постоянного магнита, а геометрические размеры постоянного магнита выбраны из условия:This goal is achieved by the fact that in the induction speed sensor containing a permanent magnet, a core winding, an inductor-modulator on the shaft, according to the invention, the core is made in the form of a truncated cone with a hyperbolic generatrix, the base of which is facing the end of the magnet, while the winding is made in the form of two galvanically isolated sections, with the main part of the turns of the winding sections located in the area of the top of the core with a diameter D 1 = (0.15 ÷ 0.20) D of the base of the permanent magnet, and geometric the dimensions of the permanent magnet are selected from the condition:
l/D=(3÷4),l / D = (3 ÷ 4),
где l - длина постоянного магнита;where l is the length of the permanent magnet;
D - диаметр основания постоянного магнита.D is the diameter of the base of the permanent magnet.
Повышение чувствительности преобразования достигается за счет формирования узконаправленного магнитного потока, собранного со всей площади поперечного сечения постоянного магнита с помощью конусообразного сердечника с гиперболической образующей, и размещения основной части витков секций обмотки в зоне близкой к торцевой стенке корпуса датчика, через которую проходит магнитный поток. Причем витки секций обмотки оказывают незначительное влияние на импульсные выходные сигналы.Increasing the conversion sensitivity is achieved by forming a narrow magnetic flux collected from the entire cross-sectional area of the permanent magnet using a cone-shaped core with a hyperbolic generatrix, and placing the main part of the turns of the winding sections in the area close to the end wall of the sensor housing through which the magnetic flux passes. Moreover, the turns of the winding sections have a slight effect on the pulse output signals.
Точность измерения частоты вращения повышается за счет того, что на секциях обмотки формируется импульсные сигналы при прохождении мимо торца датчика каждого «выступа» - «впадины» индуктора-модулятора.The accuracy of measuring the rotational speed is increased due to the fact that pulse signals are formed on the winding sections when each “protrusion” - the “depression” of the inductor-modulator passes by the end of the sensor.
Уменьшения габаритно-массовых параметров осуществляется за счет размещения обмотки на конусообразном сердечнике с гиперболической образующей без применения каркаса для намотки секций обмотки и малого диаметра основания постоянного магнита.The overall dimensions are reduced by placing the winding on a cone-shaped core with a hyperbolic generatrix without using a frame for winding winding sections and a small diameter base of a permanent magnet.
На фиг.1 изображен индукционный датчик частоты вращения, содержащий индуктор-модулятор 1 из ферромагнитного материала, постоянный магнит 2, конусообразный сердечник 3 с гиперболической образующей из ферромагнитного материала, основание которого обращено к торцу магнита 2, обмотку 4, выполненную в виде двух гальванически развязанных секций на конусообразном сердечнике 3, корпус 5 из диамагнитного материала.Figure 1 shows an induction speed sensor containing an inductor-modulator 1 made of ferromagnetic material, a permanent magnet 2, a cone-shaped core 3 with a hyperbolic generatrix of ferromagnetic material, the base of which is facing the end of the magnet 2, the winding 4, made in the form of two galvanically isolated sections on the conical core 3, the housing 5 is made of diamagnetic material.
Индукционный датчик частоты вращения работает следующим образом. Магнитный поток Фм, создаваемый постоянным магнитом 2, проходит через конусообразный сердечник 3, формирующий узконаправленный поток Фк, который проходит через торец диамагнитного корпуса 5 в окружающую среду между торцом датчика и индуктором-модулятором 1.The induction speed sensor operates as follows. The magnetic flux FM created by the permanent magnet 2 passes through a cone-shaped core 3, forming a narrowly directed flux FC, which passes through the end face of the diamagnetic body 5 into the environment between the end face of the sensor and the inductor-modulator 1.
При вращении индуктора-модулятора 1, закрепленного на объекте контроля, изменяется величина магнитного потока Фк, вследствие изменения сопротивления магнитному потоку при прохождении мимо торца датчика «впадин» или «выступов» индуктора-модулятора 1.When the inductor-modulator 1 is mounted on the test object, the magnitude of the magnetic flux Фc changes due to a change in the magnetic flux resistance when passing through the end face of the sensor “troughs” or “protrusions” of the inductor-modulator 1.
Согласно закону электромагнитной индукции, в секциях обмотки 4 наводятся импульсы ЭДС, частота следования которых пропорциональна скорости вращения индуктора-модулятора 1.According to the law of electromagnetic induction, EMF pulses are induced in sections of the winding 4, the repetition rate of which is proportional to the speed of rotation of the inductor-modulator 1.
При прохождении мимо торца датчика одного выступа и одной впадины индуктора-модулятора 1 в каждой из секций обмотки 4 наводится один импульс ЭДС (е), амплитуда которого определяется выражением:When passing by the end of the sensor one protrusion and one cavity of the inductor-modulator 1 in each of the sections of the winding 4 induces one impulse EMF (e), the amplitude of which is determined by the expression:
где W - число витков обмотки 4, величина постоянная для выбранной конструкции датчика;where W is the number of turns of the winding 4, a constant value for the selected sensor design;
dФк/dt - скорость изменения магнитного потока Фк.dFk / dt is the rate of change of the magnetic flux Fk.
Таким образом, за один оборот индуктора-модулятора 1 в каждой из секций обмотки 4 формируется число импульсов равное количеству «выступов» и «впадин» на индукторе-модуляторе 1.Thus, for one revolution of the inductor-modulator 1 in each of the sections of the winding 4, the number of pulses is formed equal to the number of "protrusions" and "troughs" on the inductor-modulator 1.
Из выражения (1) видно, что чем больше будет исходный узконаправленный магнитный поток Фк с вершины сердечника 3 (концентратора магнитного потока), тем большее изменение dФк от «впадин» и «выступов» индуктора-модулятора 1, что приводит к увеличению амплитуды наводимой ЭДС в секциях обмотки 4.It can be seen from expression (1) that the larger the initial narrowly directed magnetic flux Фк from the top of core 3 (magnetic flux concentrator), the greater the change in dФк from the “depressions” and “protrusions” of the inductor-modulator 1, which leads to an increase in the amplitude of the induced emf in winding sections 4.
Кроме того, величина производной dФк/dt зависит также от линейной скорости перемещения «впадин» и «выступов» индуктора-модулятора 1 относительно торца датчика частоты вращения, т.е. чем больше диаметр D1 индуктора-модулятора 1, тем больше линейная скорость, а, следовательно, более низкую частоту вращения можно измерять одним и тем же датчиком или при одной и той же частоте вращения индуктора-модулятора 1, с увеличением диаметра D1, увеличивается амплитуда выходных сигналов (е) с выходов секций обмотки 4 датчика. С выходов секций обмотки 4 регистрируется информация в виде импульсов ЭДС о частоте вращения индуктора-модулятора 1 объекта контроля по двум независимым каналам, т.к. в секциях обмотки 4 наводятся одинаковые ЭДС.In addition, the value of the derivative dFk / dt also depends on the linear velocity of the "troughs" and "protrusions" of the inductor-modulator 1 relative to the end of the speed sensor, i.e. the larger the diameter D 1 of the inductor-modulator 1, the greater the linear speed, and therefore, a lower speed can be measured with the same sensor or at the same speed of the inductor-modulator 1, with an increase in the diameter D 1 , increases the amplitude of the output signals (e) from the outputs of the sections of the winding 4 of the sensor. From the outputs of the winding sections 4, information is recorded in the form of EMF pulses on the frequency of rotation of the inductor-modulator 1 of the control object through two independent channels, because in sections of winding 4 the same EMF is induced.
Повышение чувствительности преобразования достигается за счет преобразования энергии постоянного магнита 2 в ЭДС (выходные сигналы датчика), которая повышается вследствие формирования узконаправленного магнитного потока Фк, собранного со всей площади поперечного сечения постоянного магнита 2 с помощью конусообразного сердечника 3 (концентратора магнитного потока) с гиперболической образующей и размещения основной части витков секций обмотки 4 в зоне близкой к торцевой стенке корпуса 5 датчика, через которую проходит магнитный поток Фк=Фм, взаимодействующий с «впадинами» и «выступами» индуктора-модулятора 1, т.к. витки секций обмотки 4, удаленные от торцевой стенки корпуса 5 датчика, оказывают незначительное влияние на импульсные выходные сигналы (е).An increase in conversion sensitivity is achieved by converting the energy of the permanent magnet 2 into EMF (sensor output signals), which increases due to the formation of a narrowly directed magnetic flux Фc, collected from the entire cross-sectional area of the permanent magnet 2 using a cone-shaped core 3 (magnetic flux concentrator) with a hyperbolic and placing the main part of the turns of the sections of the winding 4 in the zone close to the end wall of the sensor housing 5, through which the magnetic flux F k = fm, interacting with the "troughs" and "protrusions" of the inductor-modulator 1, because the turns of the sections of the winding 4, remote from the end wall of the housing 5 of the sensor, have a slight effect on the pulse output signals (e).
Выбор оптимальных геометрических размеров постоянного магнита 2 l/D=(3÷4) обеспечивает формирование максимального значения магнитного потока Фм в поперечном сечении постоянного магнита 2 и увеличивает магнитный поток Фк, который взаимодействует с индуктором-модулятором 1, что также приводит к повышению чувствительности преобразования датчика.The choice of the optimal geometric dimensions of the permanent magnet 2 l / D = (3 ÷ 4) ensures the formation of the maximum value of the magnetic flux FM in the cross section of the permanent magnet 2 and increases the magnetic flux FC, which interacts with the inductor-modulator 1, which also leads to an increase in the conversion sensitivity sensor.
При соединении двух секций обмотки 4 последовательно согласно амплитуда выходного сигнала (е) датчика увеличивается в 2 раза, т.к. в рабочем режиме в этих секциях обмотки 4 наводятся одинаковые ЭДС, которые суммируются при последовательно согласном соединении обмотки 4.When connecting two sections of the winding 4 in series according to the amplitude of the output signal (e) of the sensor is increased by 2 times, because in the operating mode, the same EMF are induced in these sections of the winding 4, which are summed up when the winding 4 is connected in series.
В датчике-прототипе значительная часть магнитного потока со всего поперечного сечения постоянного магнита замыкается с полюса "N" на полюс "S" и не взаимодействует с «выступами» и «впадинами» индуктора-модулятора, и этот магнитный поток Фsп, создаваемый на площади сечения постоянного магнита наиболее удаленной от оси постоянного магнита не используется в формировании ЭДС выходного сигнала на секциях сигнальной обмотки, а следовательно, чувствительность преобразования у датчика-прототипа значительно меньше, чем у предлагаемого индукционного датчика частоты вращения. В предлагаемом датчике в формировании выходного сигнала используется полностью магнитный поток Фм=Фк, создаваемый постоянным магнитом.In the prototype sensor, a significant part of the magnetic flux from the entire cross section of the permanent magnet closes from pole "N" to pole "S" and does not interact with the "protrusions" and "troughs" of the modulator inductor, and this magnetic flux Фsп created over the cross-sectional area of the permanent magnet farthest from the axis of the permanent magnet is not used in the formation of the EMF of the output signal in the sections of the signal winding, and therefore, the conversion sensitivity of the prototype sensor is much lower than that of the proposed induction Foot speed sensor. In the proposed sensor, the formation of the output signal uses a completely magnetic flux Фм = Фк, created by a permanent magnet.
Повышение точности измерения частоты вращения осуществляется вследствие того, что на секциях обмотки 4 предлагаемого датчика формируются импульсные сигналы (е) при прохождении мимо торца датчика каждого «выступа» - «впадины» индуктора-модулятора 1, т.е. точность измерения частоты вращения а за один оборот индуктора-модулятора 1 определяется величиной:Improving the accuracy of measuring the rotational speed is due to the fact that pulse sections (e) are formed on the sections of the winding 4 of the proposed sensor when each “protrusion” - “depression” of the inductor-modulator 1 passes by the end of the sensor, i.e. the accuracy of measuring the frequency of rotation and for one revolution of the inductor-modulator 1 is determined by the value:
α=360°/Z,α = 360 ° / Z,
где Z - число "выступов" - "впадин".where Z is the number of "protrusions" - "depressions".
В датчике-прототипе точность измерения частоты вращения за один оборот индуктора-модулятора определяется величиной:In the prototype sensor, the accuracy of measuring the speed for one revolution of the inductor-modulator is determined by the value:
α=360°/Z-Zsп,α = 360 ° / Z-Zsп,
где Zsп - число «выступов» - «впадин», взаимодействующих одновременно с магнитным потоком Фsп постоянного магнита.where Zsp - the number of "protrusions" - "depressions" interacting simultaneously with the magnetic flux Фsп of a permanent magnet.
Кроме того, число «выступов» - «впадин», взаимодействующих одновременно с магнитным потоком Фsn, в датчике-прототипе зависит от конфигурации этого магнитного потока и от зазора δ между торцом датчика и «выступами» индуктора-модулятора 1.In addition, the number of "protrusions" - "troughs" interacting simultaneously with the magnetic flux Фsn in the prototype sensor depends on the configuration of this magnetic flux and on the gap δ between the sensor end and the "protrusions" of the inductor-modulator 1.
Поэтому точность измерения частоты вращения у предлагаемого датчика значительно выше, чем у датчика-прототипа.Therefore, the accuracy of measuring the speed of the proposed sensor is significantly higher than that of the prototype sensor.
Уменьшение габаритно-массовых параметров достигается за счет размещения секций обмотки 4 на конусообразном сердечнике с гиперболической образующей без применения каркаса для намотки секций обмотки 4 и малого диаметра D основания постоянного магнита 2, значение которого выбирается в пределах D=(6…8 мм), а длина постоянного магнита 2 равна l=(3÷4)D основания. Гиперболическая образующая конуса обеспечивает плавный переход магнитного потока от основания к вершине конусообразного сердечника 3.The reduction of the overall mass parameters is achieved by placing the winding sections 4 on a cone-shaped core with a hyperbolic generatrix without using a frame for winding the winding sections 4 and the small diameter D of the base of the permanent magnet 2, the value of which is selected within D = (6 ... 8 mm), and the length of the permanent magnet 2 is l = (3 ÷ 4) D of the base. The hyperbolic generatrix of the cone provides a smooth transition of the magnetic flux from the base to the top of the conical core 3.
Техническим результатом предлагаемого индукционного датчика частоты вращения является повышение чувствительности преобразования и точности измерения частоты вращения, а также уменьшение габаритно-массовых параметров.The technical result of the proposed induction speed sensor is to increase the sensitivity of the conversion and the accuracy of measuring the speed, as well as reducing the overall mass parameters.
Источники информацииInformation sources
1. А.С. №634209, G01R 3/48, Датчик скорости вращения, опубл.: 25.11.78 г., БИ №43.1. A.S. No. 634209, G01R 3/48, Rotation speed sensor, publ.: 25.11.78, BI No. 43.
2. RU патент №2097769, G01R 3/48, Магнитоиндукционный датчик частоты вращения, опубл.: 27.11.1997 г.2. RU patent No. 2097769, G01R 3/48, Magnetic induction speed sensor, publ.: 11/27/1997
Claims (1)
l/D=(3÷4),
где l - длина постоянного магнита;
D - диаметр основания постоянного магнита. An induction speed sensor containing a permanent magnet, a winding with a core, an inductor-modulator on the shaft, characterized in that the core is made in the form of a truncated cone with a hyperbolic generatrix, the base of which is facing the end of the magnet, while the winding is made in the form of two galvanically isolated sections moreover, the main part of the turns of the winding sections is located in the area of the top of the core with a diameter D1 = (0.15 ÷ 0.20) D of the base of the permanent magnet, and the geometric dimensions of the permanent magnet are selected from the condition:
l / D = (3 ÷ 4),
where l is the length of the permanent magnet;
D is the diameter of the base of the permanent magnet.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012128070/28A RU2505822C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Rpm induction sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012128070/28A RU2505822C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Rpm induction sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012128070A RU2012128070A (en) | 2014-01-10 |
| RU2505822C1 true RU2505822C1 (en) | 2014-01-27 |
Family
ID=49884223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012128070/28A RU2505822C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Rpm induction sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2505822C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1984004971A1 (en) * | 1983-06-09 | 1984-12-20 | Caterpillar Tractor Co | Electronic speed sensor |
| RU94041257A (en) * | 1994-11-15 | 1996-09-27 | Казанское приборостроительное конструкторское бюро | Magnetic induction pickup of rotational speed |
| RU2097769C1 (en) * | 1995-08-22 | 1997-11-27 | Закирзян Габиевич Габидуллин | Magnetoinduction rotational speed transducer |
| US6771063B2 (en) * | 2001-11-15 | 2004-08-03 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for improving the duty cycle output of a vehicle speed sensor circuit |
| EP2015081A1 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-14 | Weston Aerospace Limited | Movement probe, particularly speed sensor, for aerospace vehicles |
-
2012
- 2012-07-03 RU RU2012128070/28A patent/RU2505822C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1984004971A1 (en) * | 1983-06-09 | 1984-12-20 | Caterpillar Tractor Co | Electronic speed sensor |
| RU94041257A (en) * | 1994-11-15 | 1996-09-27 | Казанское приборостроительное конструкторское бюро | Magnetic induction pickup of rotational speed |
| RU2097769C1 (en) * | 1995-08-22 | 1997-11-27 | Закирзян Габиевич Габидуллин | Magnetoinduction rotational speed transducer |
| US6771063B2 (en) * | 2001-11-15 | 2004-08-03 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for improving the duty cycle output of a vehicle speed sensor circuit |
| EP2015081A1 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-14 | Weston Aerospace Limited | Movement probe, particularly speed sensor, for aerospace vehicles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012128070A (en) | 2014-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101299048B (en) | Rotating angular acceleration sensor | |
| WO2012089635A3 (en) | Electromechanical fill level measurement unit | |
| US6969987B2 (en) | Hybrid inductive sensor | |
| CN106441466B (en) | Magneto-electric water meter | |
| CN111595233A (en) | Non-magnetic sensor | |
| CN203259538U (en) | Hall gear rotating speed sensor | |
| RU184838U1 (en) | VIBRATION MEASUREMENT DEVICE | |
| CN201181201Y (en) | Linear displacement transducer with both-end magnetostriction | |
| CN201166698Y (en) | Detector for measuring pulse intense magnetic field | |
| RU198257U1 (en) | VIBRATION MEASUREMENT DEVICE | |
| RU2505822C1 (en) | Rpm induction sensor | |
| CN110224555A (en) | A kind of magnetic electrical device of low magnetic resistance | |
| US10143402B2 (en) | Length measuring device | |
| CN104483510B (en) | A kind of measuring method for measuring rotary acceleration sensors | |
| RU2339957C2 (en) | Object position detector | |
| CN212721576U (en) | Nonmagnetic metering device and fluid metering equipment | |
| CN205898832U (en) | Waterproof rotational speed measuring device | |
| RU2227304C2 (en) | Device measuring instantaneous rotational speed | |
| RU2421747C1 (en) | Device for examination of magnetic force interaction | |
| RU2370777C1 (en) | Object position sensor | |
| RU84567U1 (en) | GEAR ROTATION SENSOR | |
| JPH0637291Y2 (en) | Flow transmitter | |
| CN100580786C (en) | Device for detecting speed of mainshaft of CD drive | |
| RU2469337C1 (en) | Angular acceleration sensor with liquid rotor | |
| CN204330808U (en) | A kind of measurement rotary acceleration sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner |