Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений . Целью изобретения является уменьшение температуры погрешности измерений и упрощение конструкции датчика. Для этого вводят в датчик резистор R и избирательный усилитель. Один вывод резистора соединен со свободным выводом секции 7 компенсационной измерительной оомотки, второй вывод резистора соединен с общим входом фазометра 1 1 и свободным вьщодом секции 4 рабочей обмотки возбуждения, свободный вывод секции 6 рабочей измерительной обмотки соединен с входом избирательного усилителя 10, первый и второй пходы фазометра 11 соединены с выходом избирательного усилителя 10 и с общей точкой встречно соедн-: . ненных секций 6 и 7 измерительных обмоток соответственно. Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом содержит ферромагнитный сердечник 1 Ж-образного сечения, ферромагнитный якорь 2, связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом, симметрирующую-ферромагнитную пластину 3, две секции 4 и 5 обмотки возбуждения 10, фазометр 11, 3 ил. i (Л с

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 01 В 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4484460/28 (22) 28.09.88 (46) 15.02.91. Бюл, N» 6 (72) Н.Д.Конаков, А.В.Любомиров, В.Ф.Роганов и Г,A,Êèðååâà (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II> 879271, кл. 0 01 В 7/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

II> 1252652, кл, 0 01 В 7/00, 1986. (54) ТРАНСФОРМАТОРННЙ ДАТЧИК 11FPFMEШЕНИЙ С ФАЗОВЫМ ВЫХОДОМ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений. Целью изобретения является уменьшение температуры погрешности измерений и упрощение конструкции датчика. Для этого вводят в датчик резистор R и избирательный усилитель. Один вывод резистора соединен со свободным выводом секции

„„SU„„ 127820 A 1

7 компенсационной измерительной о>— мотки, второй вывод резистора соединен с общим входом фазометра 1 1 и свой>одным выводом секции 4 рабочей обмотки возбуждения, свободный вывод секции б рабочей измерительной обмотки соединен с входом избирательного усилителя 10, первый и второй входы фазометра !I соединены с выходом избирательного усилителя

10 н с общей точкой встречно соеди-,. ° ненных секций 6 и 7 измерительных обмоток соответственно. Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом содержит ферромагнитный сердечник 1 Ж-образного сечения, ферромагнитный якорь 2, связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом, симметрирующую ферромагнитную пластину 3, две секции 4 и

5 обмотки возбуждения 10 фазометр 11

3 ил.

1627820

° Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть

;«спользовапо для -измерения перемещений, 5

Цель изобретения — повышение точ-. ности измерений и упрощение конструкции датчика, На фиг.1 приведена конструктивная схема предлагаемого трансформаторно- 10 го датчнка с фаэовым выходом; на фиг.2 — электрическая схема датчика; на фиг,3 — векторная диаграмма выходных.сигналов датчика с фазовым выходом. t5

Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом (фиг.1) содержит Ж-образный ферромагнитный сердечник 1 н установленный с возможностью перемещения ферромагнитнья, 20 .«< Рь 2, связываемый в процессе измерения с контролируемым объектом и размеш«»,ны»» у открытого торца рабочей .«а: ти сердечника 1, симметрирующую ферромагнитную пластину 3, раз- 25

«»ещен«»ую у открытого торца компенсационной части сердечника 1. На цент",.апь»ом стерж«»е сердечника в его рабочей и компенсационной частях разме ще» ы секи«»»» 4 и 5 обмотки возбужде- 30 пия, секции 6 и 7 измерительной обмоткн. Секции 4 и 5 электрически соединены последовательно, согласно, а секции б .и 7 соединены последовательно-встречно. Для обеспечения симметрии рабочей и компенсационной частей датчика число виткой секции 4-7 обмото.< целесообразно выбирать одина

Рабочую 8 и компенсационную 9 части, две сек цш 4 и 5 обмотки возбуждения, соединенные последовательно согласно, 45 две секции 6 и 7 измерительной обмотки, соединенные последовательновстречна, ферромагнитный сердечник 1, резистор R», соединенный последовательно с секциями измерительной обмотки 6 и 7 (с выводом д), второй вывод Резистора R (вь«вод е) соединен с общим входом фаэометра 11 и со свободным выводом секции рабочей обмотки возбуждения (вывод а), вывод рабочей обмотки (вывод в) соединен с входом избирательного усилителя

l0, выход которого соединен с первым (Вх. 1) входом фазометра 11, а общая точка встречно включенным секций измерительных обмоток (вывод r) соединена с вторым (Вх.2) входом фазометра 11, Паразитные емкости между секциями возбуждающих 4 и 5 и измерительных 6 и 7 обмоток в рабочей 8 и компенсационной 9 частях соединены с общим проводом (на фиг.2 паразитные емкости обозначены в рабочей части

С яр, а в компенсационной час-и

С l«,«<,)

Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом работает следующим образом.

При подключени об»«отки 4 и 5 возбуждения к источнику синусоидального напряжения Бп„ - н секциях 6 и 7 измерительных обмоток возбуждаются напряжения U « и U<. С помощью фазосдвигающей цели типа L-R (последовательно соединенные индуктивность L секций 6 и 7 измерительной обмотки и резистор R ) между напряж, ения,ми U1 и U<«

% уста«»авливаит угол сдвига фаз («<«больше 90 <«, но меньше 180, Напряжения

U «и U< геометрически суммируют (фиг.2) на встречно включенных секциях 6 и 7 измерительной обмотки, а результирующее напряжение U. поступает на вход избирательного усилителя 10. Компенсационное напряжение поступает на второй вход (Вх,2) фазометра 11, а Результирующее напря» жение U+ поступает на первый вход (Вх,1) фазометра 11 с выхода избирательного усилителя 10. При минимальном зазоре (I«,«„ц) между сердечником 1 и якорем 2 перемещением сим" метрирукщей пластины 3 настраивают датчик по показаниям фаэометра на некоторое начальное значение отсчета фазы «, I

При перемещении контролируемого объекта и связанного с ним якоря 2

l в направлении увеличения зазора 8р (на фиг.2 показано стрелкой) напряжения U и Ug модулируются в функции перемещения, а именно напряжение

И« уменьшается, а напряжение U возрастает. Фаза вектора суммарного напряжения U> изменяется при этом от значе«.ия (2 до значения Q (фиг.3) °

Функция преобразования датчика определяется следующим выражением:

sin M („„= (— (Р, агсŠ— — — ----g —, сов«> + — -" «о tJ (LY>) 5 162 где (0 — фаза результирующего сум- выл марного сигнала U< относительно вектора напряжения

2 Р (в — угол сдвига фаэ между векто"0 рами напряжений 11„($ ) и

U< (Рр), устанавливаемый с помощью фаэосдвигающей цепи

L — R

Таким образом, при изменении модулированных напряжений U ((fp ) и UZ (fp ) на секциях измерительньгх обмоток в функции перемещения изменяется и фаза выходного результирующего (суммарного) U напряжения на величину щ-q, )

На векторной диаграмме выходных сигналов датчика (фиг. 3) индексом 1 обозначены напряжения, соответствующие максимальному зазору 1t у мяне, а беэ индекса напряжения, — соответствующие минимальному зазору f p м,ц,, Уменьшение температурной погрешности достигается тем, что в датчике необходимый угол сдвига фаз фв между сигналами U и U устанавливается с помощью подборного резистора R, который включен последовательно с выводом секции 7 компенсационной измерительной обмотки, т.е. в качестве фазовращателя типа Ь -R используется индуктивность измерительной обмотки (составная часть датчика) и резистор R . При этом к секциям 6 и 7 измерительной обмотки рабочей и компенсационной частей, на которых возбуждаются сигналы U и Св, подключены второи вход (Bx.2) фазометра

11 и вход избирательного усилителя

10 с большими входными импедансами (вьО сс 7Ф томи с,„м) котоРые

ЭЬО OSMOT оказывают шунтирующего одействия на секции измерительной обмотки, Прн воздействии температуры на датчик секции измерительной обмотки находятся в одинаковых условиях электрического нагружения, так как входные иипедансы входов фазометра и усилителя имеют величину одного порядка

7 >) 2

ВХ +a SOM . bX. уЕИЛИт ВЬО, ОВМОт

Поэтому одинаковые изменения от воздействия температуры выходных сопро"

1 тивлений секций измерительных обмо(Z выу, р в 6 вш|, кюрля ) обуслав ливают и одинаковые изменения напряЪ лений U 1 и U1p, а вследствие того, что эти сигналы геометрически суммируются, то фаза выходного сигнала

7В20

55 не изменится, т.е. Уменью;п.тся темпе— ратурная погрешность датчан;а, В датчике-прототипе паря. лельно секциям компенс ационной измерительной обмотки подключены фазовращателн типа R-С, имеющие входное сопротивление, соизмеримое с выходными сопротивлениями секций обмоток и меньшее входных MM педансов фазометра и усилителя, а к секции рабочей измерительной обмотки электрическая нагрузка не подключена и шунтирующего действия на нее электрическая нагрузка не оказывает, т.е ° секции рабочей и компенсациснной измерительных обмоток находятся в асимметричных условиях по электрическому нагруженню. Поэтому изменения напряжений U и U g от воздействия температуры будут не равнопропорциональными. Пяпример, прп изменении от температуры возбуждаемых ЭДС в секциях измерительной обмотки на одинаковую величину, напряжение с выходя компенсационной секции Ilçìåðèòåëüíîé обмотки изменится на большую величину, чем лпряжение с выходя рабочей секции измерительной обмотки вследствие того, чтo ня выходном сопротивлении компенсационной секции обмотки будет гораздо Г>ольи)ее падение напряжения.

В результате непропорционального изменения напряжений U u U g с выходя рабочей и компенсационной секций измерительHI Ix обмоток после их геометрического суммирования фаза выходного реэультнрующего сигналя Ц1,„изменяется, что приводит к большой температурной погрешности в датчике-прототипе и в датчиках с фазовым выходом. Паразитные емкости С p p и С н (Фиг.2) между секциями измерительных 6 и 7 возбуждающих 4 и 5 обмоток в рабочей

8 н компенсационной 9 частях имеют одинаковую величину, вследствие симметричного включения их относительно общего провода (вывод е) датчика, обеспечиваемого введением связи между выводом е компенсационной части и выводом а секции обмотки возбуждения рабочей части, а также идентичным конструктивным исполнением рабочей и компенсационных частей датчика по геометрическим разме рам и количеству витков. При воздействии температуры на датчик паразитные емкости изменяются на одинаковые величины (11Ся1I а ЬСн„) и не оказывают влияние на фазу выходного

1627820

cw.Hàëà р, так как их действие вв|х на фазу выходного сигнала взаимно компенсируется, что позволяет уменьшить температурную погрешность измерений, Повышение точности измерений эа счет уменьшения нелинейных искажений заключается в следующем.

После геометрического суммирования напряжений U и U g на секциях 6 и 7

10 измерительной обмотки трансформаторов с ферромагнитными сердечниками суммарное напряжение 11 имеет большую величину нелинейнйх искажений и коэффициент нелинейных искажений К дксдостигает 57 и более за счет использования для суммирования трансформаторов с ферромагнитными сердечниками и от воздействия внешних электромагнитных полей, особен,но большие искажения формы присущи суммарному синусоидальному напряжению малой величины (из векторной диаграммы на фнг.З видно, что малую

I величину суммарный сигнал U> имеет в конце диапазона измерения). Так как с увеличением нелинейных искажений у синусоидальных сигналов, поступающих на вход фазометра 11, точность измерения фазометром угла сдвига меж- ду этими сигналами уменьшается, то суммарный сигнал поступает на первый вход фазометра через избирательный усилитель 1О.

Избирательный усилитель 10, например, резонансного типа обеспечивает усиление основной (первой) гармоники сумйарного сигнала и отфильтровывает высшие гармоники, что обеспечивает уменьшение искажений формы суммарного синусоидального сигнала, т.е. повышение точности измерений датчика.

Таким образом, использование предлагаемого трасформаторного датчика ! перемещений с фазовым выходом позволит повысить точность измерений в (2-3) раза, а также упростить конструкцию датчика. формула изобретения

Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом, содержащий Жобразный ферром=гнитный сердечник с двухсекционной обмоткой возбуждения на центральной части сердечника, соединенной последовательно согласно, и с двухсекционной рабочей измерительной обмоткой, состоящей из измерительной и компенсационной секций, соединенных последовательно встречно, и фазометр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен подборным резистором и избирательным усилителем, один вывод подборного резистора соединен со свободным выводом компенсационной секции, второй вывод подборного резистора соединен с общим входом фазометра и свободным выводом двухсекцнонной обмотки возбуждения, свободный вывод измерительной секции двухсекционной рабочей измерительной обмотки соединен с входом избирательного усилителя, первый и второй входы фазометра соединены с выходом избирательного усилителя и- с общей точкой встречно соединенных секций рабочей измерительной обмотки.

1627820

Фиг 1

Составитель Е.Воронин

Техред Л.Олийнык Корректор М,Поко

Редактор Ю,Середа

Заказ 329 Тирам 383 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Узгород, ул. Гагарина, 101