Индуктивный датчик перемещения с фазовым выходом

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности в работе датчика. Синусоидальное напряжение с выхода источника 1 переменного напряжения поступает через первичную обмотку трансформатора 2 на индуктивный преобразователь 6. При перемещении объекта 9 контроля (например, в сторону увеличения зазора) уменьшается по амплитуде сигнал с выхода индуктивного преобразователя 6 и увеличивается сигнал с выхода вторичной обмотки трансформатора 2. Сигнал с выхода вторичной обмотки трансформатора 2, пройдя через масштабирующий контур 3, содержащий фазовращатель 4 и масштабирующее звено 5, поступает на вход сумматора 7 и фазометра 8. На второй вход сумматора 7 поступает сигнал с индуктивного преобразователя 6. Сигнал с выхода сумматора 7 поступает на второй вход фазометра 8, с выхода которого выдается сигнал, пропорциональный перемещению. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„152748

А1 (51)4 С 01 В 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4381861/24-28 (22) 31. 12. 87 (46) 07, 12.89. Бюл. У 45 (72) Н.Д.Конаков, А.В.Любомиров, В.А.Столяров и Н.Е.Пилясова (53) 53 1.7 17.55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1252652, кл. С 01 В 7/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

1260664, кл. С 01 В 7/00, 1984. (54) ИНДУКТИВНЪЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕН(ЕНИЯ

С ФАЗОВЫМ ВЫХОДОМ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объектов. Целью изобретения являются повышение точности измерений и надежности в работе датчика. Синусоидальное напряжение с выхода источника 1 переменно2 го напряжения поступает через первичную обмотку трансформатора 2 на индуктивный преобразоватьb 6. При перемещении объекта 9 контроля (например, в сторону увеличения sasopa) уменьшается по амплитуде сигнал с выхода индуктивного преобразователя

6 и увеличивается сигнал с выхода вторичной обмотки трансформатора 2.

Сигнал с вьгхода вторичной обмотки трансформатора 2, пройдя через масштабирующий контур 3, содержащий фазовращатель 4 и масштабирующее звено 5, поступает на вход сумматора

7 и фазометра 8. На второй вход сумматора 7 поступает сигнал с индуктивного преобразователя 6. Сигнал с выхода сумматора 7 поступает на второй вход фазометра 8, с выхода которого выдается сигнал, пропорциональный перемещению. 3 ил.

1527485

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объектов.

Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности в работе датчика.

На фиг.1 приведена электрическая блок-схема датчика; на фиг.2 — схема конструкции датчика; на фиг.3 векторная диаграмма сигналов датчика.

Индуктивный датчик с фазовым выходом (фиг.1) содержит источник 1 переменного напряжения, трансформатор 2, масштабирующий контур 3 в виде последовательно включенных фазовращателя 4 и масштабирующего звена 5, индуктивный преобразователь

6, сумматор 7, фазометр 8. Контро лируется перемещение объекта 9.

Первичная обмотка трансформатора

2 включена между выходом источника

1 переменного напряжения и сигнальным выводом катушки индуктивного преобразователя б, а сигнальный вывод вторичной обмотки трансформатора 2 соединен с входом фазовращателя 4 масштабирующего контура 3.

Конструктивно индуктивный преобразователь 6 (фиг.2) представляет собой размещенные в броневых ферромагнитных чашках 10 и 11 с центральными сердечниками соответственно катушку 12 индуктивности и трансформатор из первичной 13 .и вторичной 14 обмоток. Со стороны открытого торца ферромагнитной чашки 10 размещен объект 9 контроля, а со стороны закрытого торца размещен трансформатор, причем открытый торец чашки 11 обращен в сторону закрытого торца чашки 10, который выполняет функцию замыкающей пластины магнитопровода трансформатора.

Индуктивный датчик перемещений работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение U . (фиг.1) с выхода источника 1 переменного напряжения, имеющего малое внутреннее сопротивление, через первичную обмотку трансформатора 2 по ступает на катушку индуктивного преобразователя 6. При перемещении объекта 9 контроля, например, в сторону увеличения зазора Х уменьшаются индуктивность, а также индуктивное и полное сопротивление катушки индуктивности преобразователя.

Так как источник 1 переменного напряжения имеет малое внутреннее сопротивление, то при уменьшении полного сопротивления катушки индуктивности индуктивного преобразователя 6 уменьшается по амплитуде сигнала U» снимаемый с сигнального вывода катушки индуктивного преобразователя 6, а сигнал U, снимаемый с х ° вторичной обмотки трансформатора 2, возрастает по амплитуде °

Сигналы И „ и Б „ сдвинуты между собой по фазе на 180 за счет соответствующего включения вторичной обмотки трансформатора 2 и связаны с перемещением Х зависимостью, близ кой к экспоненииальной

U„ = U е, (1) где Uo — сигнал с сигнального вывода катушки индуктивного преобразователя при Х.=О; показатель степени экспоненциальности функции берется со знаком "+" для возрастающей функции и со знаком "-" для убывающей функции.

На выходе масштабирующего контура

3 формируется сигнал U „„, амплитуда которого определяется передаточными функциями фазовращателя 4 и масштабирующего звена 5, Фаза сигнала U" „путем подбора элементов фазовращателя 4 сдвигается относительно сигнала U на угол более 90,. но менее 180, а необходимое значение его определяется из условия обеспечения оптимальной линейности выходной характеристики.

Сигналы U „ и U „ изменяющиеся в функции перемещения Х, геометрически суммируются на сумматоре 7. Сигнал U с выхода сумматора 7 и сигнал Б „" подаются на фазометр 8, с выхода которого снимается зависимость фазы ц(х) результирующего сигнала от измеряемого перемещения Х

30

40

50

q(x) =arctg „, (2) santo

cosy,+ 0—

55 где X — текущее значение иэмеряемого перемещения; — начальный угол фаэ между о

В сигналами U„U„

1527485 6

Воздействия других дестабилизирующих факторов не вызывают паразитного изменения фазы с((х) реэультируи5 щего сигнала.

Uõ х

U„ — выходные сигналы, промодулированные по амплитуде в функции перемещения.

Изменение по амплитуде сигнала

U в функции перемещения, например, по возрастающему закону приводит к изменению сигнала U„ no убывающему закону. В результате одновременного изменения по амплитуде сигналов U u U „" в разных направлениях приращение фазы результирующего сигнала tp(x) на единицу перемещения увеличивается, что приводит к увеличению чувствительности и точности преобразования.

На векторной диаграмме (фиг,З) индексом к обозначены сигналы преобразователя, соответствующие началу 20 диапазона измерения, без индекса к— соответствующие текущему значению измеряемого перемещения.

Из векторной диаграммы видно, что при одновременном изменении по ампли- $5 х туде сигналов U u U „ в разных направлениях увеличивается приращение фазы у(х) результирующего сигнала на единицу перемещения, а, следовательно, и точность преобразования.

Изменение напряжения питания вследствие изменения температуры, Формула изобретения

Индуктивный датчик перемещения с фазовым выходом, содержащий источник переменного напряжения, индуктивный преобразователь, масштабирующий контур в виде последовательно соединеннь.х фаэовращателя и масштабирующего звена, сумматор, первый вход которого соединен с выходом масштабирующего контура, фазометр, первый вход которого подключен к выходу масштабирующего контура, второй вход — к выходу сумматора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности, он снабжен трансформатором, первичная обмотка которого включена между источником переменного напряжения и индуктивным преобразователем, сигнальный вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к входу масштабирующего контура, а второй вход сумматора подключен к точке соединения первичной обмотки трансформатора и индуктивного преобразователя.

1527485 дУ

Qluz.З

Составитель Ю.Петраковский

Редактор Л.Гратилло Техред Л. Сердюкова Корректор Т.Малец

Заказ 7500/45 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, у». Гагарина, 101