感應同步器的工作原理
直線式感應同步器由兩個磁耦合部件組成,其工作原理類似于一個多極對的正余弦旋轉變壓器。感應同步器的定尺和滑尺相互平行放置,其間有一定的氣隙,一般應保持在0.25±0.05mm范圍內(nèi),如圖12.2.4所示。
圖12.2.4直線式感應同步器的工作原理
當滑尺上的正弦繞組和余弦繞組分別以1~10kHz的正弦電壓激磁時,將產(chǎn)生同頻率的交變磁通;該交變磁通與定尺繞組耦合,在定尺繞組上將產(chǎn)生同頻率的感應電勢。感應電勢的大小除了與激磁頻率、激磁電流和兩繞組之間的間隙有關外,還與兩繞組的相對位置有關。如果在滑尺的余弦繞組上單獨施加正弦激磁電壓,感應同步器定尺的感應電勢與兩繞組相對位置的關系如圖12.2.5所示。
當滑尺處于A點時,余弦繞組C和定尺繞組位置相差1/4節(jié)距,即在定尺繞組內(nèi)產(chǎn)生的感應電勢為零。隨著滑尺的移動,感應電勢逐漸增大,直到B點時,即滑尺的余弦繞組C和定尺繞組位置重合時(1/4節(jié)距位置),耦合磁通最大,感應電勢也最大。滑尺繼續(xù)右移,定尺繞組的感應電勢隨耦合磁通減小而減小,直至移動到C點時(1/2節(jié)距處),又回到與初始位置完全相同的耦合狀態(tài),感應電勢變?yōu)榱恪;咴倮^續(xù)右移到D點時(3/4節(jié)距處),定尺中感應電勢達到負的最大值。在移動一個整節(jié)距(E點)時,兩繞組的耦合狀態(tài)又回到初始位置,定尺感應電勢又為零。定尺上的感應電勢隨滑尺相對定尺的移動呈現(xiàn)周期性變化(如圖12.2.5中的曲線1)。同理,如果在滑尺正弦繞組上單獨施加余弦激磁電壓,則定尺的感應電勢如圖12.2.5中的曲線2所示。一般選用激磁電壓為1~2V,過大的激磁電壓將引起大的激磁電流,導致溫升過高,而使其工作不穩(wěn)定。
圖12.2.5 感應電勢與兩繞組相對位置的關系
S-正弦繞組 C-余弦繞組
基于以上分析,定尺的感應電勢隨滑尺的相對移動呈周期性變化,這樣便把機械位移和感應電勢相互聯(lián)系起來。假設在滑尺的正弦或余弦繞組上單獨施加的正弦激磁電壓為
(12.2.1)
則正弦或余弦繞組在定尺上相應產(chǎn)生的感應電勢分別為
?。?2.2.2)
?。?2.2.3)
式中K——電磁耦合系數(shù);
X——機械位移;
W——繞組節(jié)距;
、W——勵磁電壓的幅值和頻率。
式中的符號(+、-)表示滑尺移動的方向。由此可見,定尺的感應電勢取決于滑尺的相對位移,故可通過感應電勢測量位移。
當位移超過節(jié)距W時,感應同步器的輸出電勢不能反映位移的絕對值,只能反映滑尺與定尺的相對位移,為了在較大范圍測量位移的絕對值,需要對上述的基本感應同步器加以改進,通常有以下兩種方法:
(1)采用三重直線感應同步器。
三重直線感應同步器在測量范圍4m內(nèi)都可得到位移的絕對值,總分辨率小于0.01mm。三重直線感應同步器的定尺上有粗、中、細三組繞組,組成三個獨立的傳感通道,其中細繞組的節(jié)距W為2mm,用來確定2mm以內(nèi)的位移,中繞組的W為200mm,用來確定2—200mm范圍內(nèi)的位移,粗繞組的W為4000mm,用來確定200—4000mm范圍內(nèi)的位移,這樣就建立了一個絕對坐標測量系統(tǒng),但這種測量系統(tǒng)的電路較為復雜。
(2)接長法。
常用的標準型直線式感應同步器的定尺長度為250mm,當測量長度越過250mm時,可以將感應同步器的多塊定尺接長使用。定尺接長后測量誤差增大,而且體積較大。
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