Масштаб линейного индуктивного измерительного преобразователя

 

1. МАСШТАБ ЛИНЕЙНОГО ИНДУКТИВНОГО , ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ,, содержащий лентообразный носитель и изолированно уложенную на нем плоскую меандрообразную обмотку, главные, проводники которой перпендикулярны продольной оси масштаба, отличающийся тем, чтЬ обмотка выполнена в виде двух параллельно расположенных в общей плоскоети вдоль продольной оси масштаба и электрически соединенных на однрм из его концов ветвей 3, имеющих одинаковый шаг t главных проводников4. 8

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И

PECflVSJIHH

В?00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ (СОР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 7771779/25-28 (89) 213055, ЧССР . (22) 29.04.81 (31) PV 3190-80 (32) 07.05. 80 (33) ЧССР (46) О?.12.84.,Бюл. 9 45 (72) Фердинанд Мариак (71) Товарны строиренске техникиконцерн (53) 621.317.39:531.71(088.8)

° с,Я0„, 1128106 А (54) (57) 1. МАСШТАБ ЛИНЕЙНОГО ИНЛУКТИВНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ,, содержащий лентообразный носитель и изолированно уложенную на нем плоскую меандрообразную обмотку, главные проводники которой перпендикулярны продольной оси масштаба, отличающийся тем, чу обмотка выполнена в виде двух параллельно расположенных в общей плоскости вдоль продольной оси масштаба и электрически соединенных на одном as его концов ветвей 3, имеющих одинаковый mar t главных проводников 4.

1128106 с. 3).

2. Масштаб по п. 1, о т л и ч. а ю шийся тем, что одна из ветвей 3 обмотки смещена относительно другой ветви в направлении продольной оси масштаба на велиину 6 не превышающую mara 4

3. Масштаб линейного индуктивного измерительного преобразователя, содер жащий лентообраэный нос..тель и изолированно уложенную на нем плоскую меам дрообразную обмотку, о т л и ч а юшийся тем, что обмотка выполнена в виде двух параллельно расположенных в общей плоскости вдоль npot дольной оси масштаба и электрически соединеных на одном иэ его концов ветвей 3, имеющих одинаковый шаг 4

Изобретение относится к измери.тельной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях перемещения индукционного типа

Известны индуктивные измеритель- 5

1 ные преобраэ.ователи перемещения,. (индуктосин), состоящие из двух элементов, один из которых представляет меру по длине и называется масштабом, а второй, значительно короче, на10 зывается ползуном. Сигнал переменного тока формируется за счет взаимоиндукции между плоскими.меандрообразными обмотками, которые у обоих элементов

15 индуктосина расположены в плоскости друг против друга.. У масштаба одна токовая цепь, а у ползунка — их две.

Питание получает или ползунок, или масштаб. Преобразователь работает

20 как трансформатор, выходной сигнал которого .изменяется по амплитуде и фазе или только по фазе, в соответствии со способом питания преобразователя, в зависимости от взаимного

5 перемещения его элементов по отношению друг к другу. Для измерения используется перемещение в плоскости меандрообразных обмоток преобразова, теля при соблюдении постоянства промежутка между масштабом и ползунком.

Известна конструкция масштаба, плоская обмотка которого состоит as

x ëàâHûõ проводов, перпендикулярных главных проводников 4, проводники ц ветвях расположены под углами проти воположных знаков относительно продольной оси масштаба, ограниченных по величине условием превышения шага длины проекции главных проводников 4 на направление продольной оси масштаба. с

4, Масштаб поп. 3, отличаю" шийся тем, что одна из ветвей 3 обмотки смещена относительно другойветви в направлении продольной оси масштаба на величину, которая в сумме с наибольшей из проекций главных проводников 4 на туже ось не превышает шага к направлению измеряемого перемещения,и расположенных с точным шагом, например, 1 мм, и вспомогательных соединений, которые образуют с главными проводами меандр. Главный провод и соединения влияют на форму переда:, ваемого сигнала, который повторяется с шагом меандра,.соответствующим удвоенному шагу главных проводов, (Пути совершенствования измерительных преобразователей типа индуктосин.

: Экспресс-информация, вып. 3, ЦНИИТЭИприборостороения, М., 1975, Чтобы можно быпо измерять любую выбранную часть шага меандра, необходимо сигнал соответствующего шага интерполировать. При интерполяции возникает ошибка, главной причиной которой является то, что интерполированный сигнал не находится в простой зависимости с взаимным перемещением обоих элементов преобразователя. Эта

Ф ошибка систематическая и называется периодической погрешностью в отличие от суммарной погрешности, выражающей неточность целой длины масштаба. Зависимость выходного сигнала от взиамного перемещения обоих элементов преобразоватедя определяется способом питания и оценки сигнала. Для любого способа питания и оценки обусловлена конструкцией меандрообразной обмот1128

3 ки масштаба. Известно, что на эту зависимость имеет также влияние соотношение ширины провода к шагу, соотношение длины главного провода к длине соединения меандра, а также то, где и на каком расстоянии от меандра уложен провод, соединяющий конец меандра с выводом. Ввиду того, что у меандрообразной обмотки, кроме омического сопротивления, имеется также и емкость по отношению к основанию, к ко.торому она прикреплена, и так как у масштаба обычно многократно большая длина, чем длина противолежащего элемента (ползунка), имеет значение также и то, в каком месте длины масштаба производится:.измерение. Части масштаба, кроме той части, которую занимает ползунок, являются несиммет. ричной переменной. нагрузкой вида активного сопротивления и емкости. .При больших длинах измерения в обмотку масштаба наводятся паразитные переменные сигналы из посторонних магнитных полей. Кроме того; на нее оказывают влияние разные заземляющие потенциалы. Все эти факты ухудшают периодическую погрешность настолько, что стремятся найти решение для их ограничения.

Известны технические решения, которые обеспечивают ограничение периодической погрешности путем изменения конструкции обмотки масштаба.

Одно из них предусматривает размещение по обеим сторонам меандра по одному экранирующему проводнику, параллельному направлению измеряемого перемещения. Сигнал, наводимый в меандр, возвращается с его концов экранирующими проводами. Таким абра- 40 зом, меандр лежит внутри петли, которая экранирует влияние переменного паразитного поля. Если представить себе ползунок в качестве первичной части трансформатора или в качестве 4>

:генератора, то одновременно с -его движением вдаль масштаба меняется распределение сопротивлений частей .. обмотки, оставшихся перед и за генератором. С изменением распределения сопротивлений меняется также и распределение емкостей по отношению к земле, причем изменениями индуктивнос.

:ти можно у меандрообразной обмотки для переменных частот пренебречь.

Если у электронного устройства, подключенного к выводам масштаба, имеется симметричный вход с заземленной

106 . 4 средней точкой, то в э том случае вследствие асимметрии масштаба проис ходит разбаланс этого входа и изменение амплитуды и распределения периодической погрешности вдоль длины масштаба, так что, например, на конце масштаба погрешность может быть в несколько раз больше, чем в начале. Выбор оптимальной геометрии меандрообразной обмотки, обеспечиваю. щей приемлемую периодическую погрешность, действителен только на малом участке масштаба.

Другое решение предусматривает в конструкции масштаба два параллельых провода, бифилярно уложенных по обе стороны воображаемого меандра.

Этот воображаемый меандр таков, чтобы результирующий шаг главных проводов был равен 1 мм, а оба провода

;на конце масштаба соединены. Преимуществом этого решения по отношению к известному является его симметрия (см. там же, с. 17-21).

Трудности однако возникают вслед-, ствие применения двойных соединений меандра, благодаря чем наружные сое динения длиннее, чем внутренние, и по ним протекают токи в обратных направлениях, главные, провода выполнены разной длины по отношению к одной стороне меандра из-за чего невозможно обеспечить требуемое синусоидальное изменение взаимоиндукции между обмотками масштабами и ползунка. Краме того, повышенные требования предъявляются к точности монтажа ползунка. Все. указанное делает проблематичным эффект .уменьшения периодической погрешности по длине масштаба исключается, однако ее величина оказывается неприемлемо большой.

Предлагаемый масштаб линейного ин дуктивного измерительного преобразователя содержит лентообразный носитель и изолированно уложенную на нем плоскую меандрообразную обмотку, главные проводники 4 которой перпендикулярны продольной аси масштаба, в котором обмотка выполнена в виде двух параллельно расположенных в общей плоскости вдоль продольной аси масштаба и электрически соединенных на одном из его концов ветвей 3, имеющих одинаковый шаг t " главных проводников 4. Одна из ветвей 3 обмотки может быть смещена относительно друго» ветви в направлении продольной оси

1128106

5 масштаба на величину 5, не превышающую шага 1

В другом варианте исполнения масштаба обмотка выполнена в виде двух параллельно расположенных в общей 5 плоскости вдоль продольной оси масштаба и электрически соединенных на одном из его концов ветвей 3, имеющи одинаковй шаг t главных проводников 4, проводники в ветвях расположе- 10 ны под углами противоположных знаков относительно продольной оси масштаба, ограниченных по величине условием превьипения шага 1 длины проекции главных проводников 4 на направление, 15 продольной оси масштаба. Одна из ветвей 3 обмотки может быть смещена относительно другой ветви в направле нни продольной оси масштаба на величину, которая в сумме с наибольшей 20 из проекций главных проводников 4 на туже ось не превьппает шага t

Положительный эффект изобретения заключается в том, что оно обеспечивает ограниченную по величине перио- 25 дическую погрешность неизменной на всей длине масштаба, т.е. до несколь- . ких метров. Приемлемая периодическая погрешность обеспечена применением известного простого меандра, оптималь 30 ные пропорции которого известны и дают возможность применять оправдавшие себя компенсированные исполнения ползунков. Постоянство значения периодической погрешности достигается .ем, что у масштаба. две ветви обмотки подключены в общую цепь так, что нх пассивные йасти остаются симмет-", ричными при любом положении ползунка имеющего связь с обеими обмоткаУ

40 ми между началом и концом масштаба.

Симметрия обеих ветвей обмоток масштаба является также эффективным средством для исключения влияния паразитных магнитных полей, воздейст;вующих на обе ветви обмотки одновременно. Преимущества сохраняются независимо от того, подается пита:ние на ползунок или масштаб. В первом случае выходной сигнал масштаба, подаваемый в предварительный усили, 50 тель, является симметричным по отношению к его входам, так как сопротивления пассивных частей и паразитные емкости, а также другие паразитные

"5 связи изменяются на обоих входах оди-. наково, соразмерно с перемещением ползунка. Во втором случае это эналогично.

Эффект изобретения сохраняется и тогда, когда меандры обеих ветвей обмотки смещены по отношению друг к другу на значение 5 так что, главные провода обеих ветвей не связаны друг с другом. Смешение вплоть до значения, равного шагу главных проводников, сказывается на периодической погрешности одинаково, как увеличение шириньг проводов, которую мы выбираем оптимальной в зависимости от высоты и шага меандра.

Смещение дает возможность работать с более узкими. проводами, что иногда технологически выгодно и приносит определенную экономию материала.

Эффект изобретения сохраняется и тогда, когда главные провода обеих ветвей не перпендикулярны к продольной осн масштаба, причем положение и путь ползунка не меняются. Угол наклона пррводников проявляется как увеличение их ширины, так что углом наклона можно также, как и смещением, оптимизировать геометрию обмотки для минимизации периодической погрешности. Углы наклона главных проводников обеих ветвей могут быть выбраны умышленно разными, чтобы высшие гармонические составляющие максимально компенсировались в кривой периодической погрешности обмотки. Ограничение на максимальное значение углов наклона вытекает из того, что перпендикулярная проекция контура главных проводов догпкна быть меньше, чем шаг главных проводников..Ясно, что влияние угла наклона на полезную ширину провода будет одинаковым, идет ли речь ьб угле .большем или меньшем на определенное (одинаковое) значение чем 90 .. Угол наклона и смещение проо водников можно с одинаковым эффектом применять одновременно, если сумма двух влияний не превысит значение величины шага главных проводов.

Экономическое значение изобретения заключается в том, что оно увеличивает точность контроля больших линейных перемещений с помощью измеритель-. ных устройств на.принципе индуктосина

Повышение точности заключается в уменьшении роста периодической пог- решности и в ограничении ее изменений по длине масштаба. .На фиг. 1 изображен масштаб,.поперечный разрез на фиг. 2 — первый вариант масштаба, вид сверху;,на

1128

6 SCS

Фиг.l

Составитель С.Скрыпник

Техред 3.-Палий -Коррект,ор А. Тяско

:Редактор Н.Бобкова

Заказ 9015/29 Тираж 586 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская набс, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4. фиг. 3 — взаимное смещение обеих ветвей; на фиг, 4 — изображение угла

I наклона главных проводов обеих ветвей обмотки.

Масштаб (фиг. 1) содержит лентообразный носитель 1, на котором известным способом на слое 2 изоляции уложена. плоская меандрообразная обмотка,. состоящая из двух ветвей 3 и изготовленная известным способом, например, из медной фольги. Созданная таким образом обмотка -является носителем меры длины и образует масштаб. Обе ветви 3 обмотки образованы главными проводниками 4, расположенными на расстоянии один от другого с шагом 1, и вспомогательными соединениями 5 и 6. Обе ветви 3 электрически соединены на одном конце масштаба, например, токопроводящей полосой 7, так что обе ветви 3 оказываются соединенными последовательно и

106 8

1снабжены выводами 8 и 9. В варианте исполнения обе ветви 3 могут быть взаимно смещены в направленИи продольной оси масштаба на величину б, не превьапающую шага т соседних главнык проводников 4. Возможен угол наклона главных проводников 4 (в одной ветви 3 — Ф ., а в другой — P ) или одинаковый в обеих ветвях, отличающийся от угла 90 . Предельный угол наклона ограничен проекцией главных проводников 4 на направление продольной оси масштаба, которая должна быть меньше расстояния между соседними главными проводниками 4.

Применение таких измерительных преобразователей целесообразно на больших станках с ЧПУ, горизонтальных, ! фрезерных станков и т.п., а также в среде с сильными паразитньии полями,, например, при электроэрозивной обработке.