Электромагнитный преобразователь перемещения
Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет снижения температурной погрешности и повышение быстродействия за счет отсутствия переходных процессов. Поставленная цель достигается путем введения датчика температуры и трубчатого подвижного второго магнитопровода с внутренним выступом, размещения обмоток возбуждения между кольцевыми выступами первого магнитопровода, а взаимно смещенных измерительных обмоток между обмотками возбуждения одна над другой, при этом внутренний выступ предназначен для перемещения над измерительными обмотками. При работе устройства в частях первого магнитопровода, на которых размещены измерительные обмотки , создаются два противоположных, равных по величине, потока, создающие в измерительных обмотках линейно изменяющиеся с одинаковым коэффициентом пропорциональности ЭДС. Напряжение на выходе датчика температуры пропорционально изменению сопротивления обмотки датчика, а следовательно, температуре. Путем подбора напряжения опорного источника и коэффициентов преобразования схем достигается независимость выходного сигнала от температуры. 3 ил. ё
СОЮЗ СО8ЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 7/00
ГОСУДАР СТ8Е ННЫ И КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
И (21) 4460362/28 (22) 30.05.88 (46) 07.05.91. Бюл. М 17 (72) А.И.Никонов, l0.Б.Дудик, В.А,Казеева, Т.М.Хайруллина и B.B.×åðíûx (53) 531.717 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1167417, кл. G 01 В 7/00, 1985.
Авторское свидетельство СССР
М 748122, кл. 6 01 D 5/24, 1980. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Ь ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности за счет снижения температурной погрешности и повышение быстродействия за счет отсутствия переходных процессов. Поставленная цель достигается путем введения датчика температуры и трубчатого подвижного второго магнитопровода с внутренним выступом. раэмещеИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в быстродействующих цифровых системах автоматики и устройствах контроля положения объектов.
Цель изобретения — повышение точности за счет снижения температурной погрешности и повышение быстродействия за счет отсутствия Переходных процессов, На фиг. 1 показана схема преобразователя перемещения; на фиг. 2 — конструктивное выполнение датчика; на фиг. 3 — графики зависимостей амплитуд выходных сигналов датчика от координаты подвижного элемента преобразователя.
„„Я „„1б47227 А1 ния обмоток возбуждения между кольцевыми выступами первого магнитопровода, а взаимно смещенных измерительных обмоток между обмотками возбуждения одна над другой, при этом внутренний выступ предназначен для перемещения над измерительными обмотками. При работе устройства в частях первого магнитопровода, на которых размещены измерительные обмотки, создаются два противоположных, равных по величине, потока, создающие в измерительных обмотках линейно изменяющиеся с одинаковым коэффициентом пропорциональности ЭДС. Напряжение на выходе датчика температуры пропорционально изменению сопротивления обмотки датчика, а следовательно,.температуре, Путем подбора напряжения опорного источника и коэффициентов преобразования схем достигается независимость выходного сигнала от температуры. 3 ил.
Преобразователь содержит (фиг. 1) исФ точник 1 питания, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора
2 напряжения и преобразователя 3 напряжения в ток, причем выход преобразователя
3, являющийся первым входом источника 1, подключен к входу датчика 4 перемещения.
Выход задающего генератора 2 напряже- ъ ния, являющийся ВТОрым ВыхОдом источни ка 1, подключен к входу формирователя 5, выход которого соединен с управляющими входами первого 6 и второго? устройств выборки-хранения. К выходам датчика 4 подключены соответственно информационые входы первого 6 и второго 7 устройств выборки-хранения, а также датчик 8 температуры. Выходы первого б и второго 7 устройств выборки-хранения соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы 9 вычитания, подключенной к 5 входу делителя схемы 10 умножения-деления, Выход устройства 6 соединен также с входам делимого схемы 10. Датчик 8 через детектор 11 связан с входом второй схемы
12 вычитания, выход которой через цели- 10 тель 13 напряжения связан с первь}м Входом сумматора 14, К вторым входам схемы
12 и сумматора 14 подключен источник l5 опорного напряжения, в
Датчик 4 (фиг. 1 и 2) содержит последа- 15 вэтельно включенные первую 16 и вторую
17 обмотки возбуждения, а также первую 18 и В}орую19 измерительные обмотки, размещенные на первом магнитапроводе 20, который имеет первый 21 и второй 22 20 кальцевь}е выступы, ограничивающие зону установки секций 16 и 17, Второй трубчатый
ПОдвижныЙ маГнитапрОВод 23 с BH>ETpBHHNM кольцевым выступом 24 выполнен из ферромагнитного материала и механически свя- 25 эян с контролируемым обьектом (не показан), Возле одного из кольцевых выступов (||апример, левого ня фиг. 2) первого ма Гнитопровода 20 установлен датчик 8, выг;олненный в виде бифилярной обмотки, 30 вкл|аченной последовательно с обмотками
18 и 17 возбуждения.
Преобразователь работает следу|ащим образам.
<формирователь 5 импульсов предназ- 35 начен для формирования импульсав в моменты времени, когда синусоидальное няйряжен}1е проходит свой положительный максимум, на выходах обмоток 18 и 19 (т.е, когда непря>кение на втором выходе истач- 40 ника 1 проходит через нуль один раз эа г:ериад }<олебяния), Величина напряжения источника 15 выбирается рЯВНОЙ
Uo = k11ro !з" 45 где k11 — масштабный коэффициент преобразования схемы детектора 11; г< — значение активного сопротивления обмотки Датчика 8 при номинальной температурр; 50 ! з}п амплитудное значение така на пер" вам выходе источника 1.
Коэ!}фициент Р преобразования схемы делителя 13 выбирается равным
P = айаг/ая„, 55
I где а@с, ав,-удельное изменение соответственно размеров основания и сопротивления обмотки датчика 8 на 1оС (коэффициент теплового расширения и температурный voэффи циеi |т яK Tè В н а ГО |. Оп pÎÒÛ B J}е ни. } i, Зада}а}щий ГGHPpBTop Вь рабаты Бает переменное нсп ря. <еь}ие
<>2 = 2 Э!Г} с амплитудой }i 2, круговой частотой
Гр=2Г }" (y — Время, т- период напряжсния
U2). Выходной сигнал задающего генератора 2 управляет работой преобразозатеж:. 3, выходной ток;<ОтараГО равен ! э = !3m Э!и <}> T,.
Пренебрегая многа:: еньшим маг}}итным сопротивлением первого мяг«и}оп|>авода 20 M BTopol o ь}агнитапраэада 23 ilo сравнению с магнитным сопратиBr.ением воздушных зазоров между Вь}сгуп}ям::". ":. ; и
22 и Вторым мзГН}.,таправадам 23 }1 |1е>}
24, B так>хе межд у Выступа;и 22 и сну } Оеilним Выст>пам 24, практически равны па модулю в любом положении выступ"- 24 и противоположны, а та < как обмотки 18 и 19 смещены относительна друг друга ня расстояние с > О, то В Г|ределах диапазона преобразования перемещений подвижнага магнитапровода 23 зависимости воли |ин амплитуд выходных сигналов измерительных обмоток 18» 19 датчика 4 от каардин ты х представляются линейными функциями (фиг. 3) соответственно
Ч18 =- k; J1g =- k(x-С), где k > 0 — коэффициен — преобразования датчика 4 для каждой измерительной обмотки, эав}исимый от колебаний температуры окружающей среды и нерябоч}их смещений подвижного магнитаправода 23.
В MoMeнты Времени г .== (0,5+ 2,) Т„где .— нуль или целас числа, выходные сигналы измерительных обмоток l8 и 19 дастигаюг своих амплитудных значений (с учета}:. их анака — положительных или Отрицательных), а величина U2 =- 0. При переходе времени t моментов Q знак Выходного напрях<ения задающего генератора 2 меняется с полоххительнаго на отрицательный, что вызывает ð" áàòûâàíèå формирователя 5 импульсов, по Выходным импульсам U5 ко тарого устройствами 6 и 7 производится Вь,боркя и поддержание не} своих выходах (запоминание) уровней сигни}ов У18 и V19.
Выходное нзпря>}<ение первой схемы 9
Вычитания
Ug = |Я - UT = !<с > 0 представляет собой делимое в математической операции, реализуемой схемой 10
1647227
00 х
U10 = Ux = к10 - 14 = « .10 U14
Ов с где U10 — Выходное напряжение схемы «О, представляю«дее собой Вместе с тем аб цее
Выходное напряжение «А преобразователя;
«:10 — масштабный коэффициент схемы
10 (схем: ñ элементы обработки Выходной информац«ли да1««ика 4 функционируют в стационарном теплОвам режиме, поэтому
Величина i .10 яВляется стабильной);
U)ß вЂ” выходное на«1ряжение сумматора
14.
Ь«лфилярность нал«отки датчика 8 дает
Возможность использовать его в схеме пре-. образователя как активное сопротивление r с известным температурным козффицлен« там Qg, данного активного сопротивления.
Значе«эие коэффициента теплового (линейного) расширения c.,-z материала магнитопровада 20 также известна, Следовательно, f- = rî (1 + ав; h, B);
c-=cî,(". + ав; ЛО), где ЛΠ— отклонение температуры установочной среды датчика 4 от номинального значения;
fo, co — з .ачения соответственно активного сопротивления сбмотки датчика S u расстояния взаимного сдвига обмоток 18 и
19 на магнитоправоде 20 при номинальной темг«е ратуре.
С выхода детектора,11 сни:кается нап«ря>к;нэ е, r*.ðoïoðö!10«!альное амплитуде
Г«уд Н fll>H>K8HË, ВЫДЕЛЯЕМОГО В 06МОТК8 датчик >
F11 = к11 Г «э«««, где к",1 — стабильный коэффициент преабразаВс«ния 3:ВT8KTopB 1 l
На Выходе второй схемы 12 вычитания выделяется напряже«-:и
012 = U11- Uo.
Тогда после несложнь :х преобразований имеем
«. 12-«;: .i=- а,, h,O=à,Ú 0.ЬО;
«13 =,/- 12
«3;1=010- Л,=-U. (1+ авс ЛО) = с, Uo —, «к:с = canst . со
Таким образо, „Вь«ражение для выходного нзпряже,-.ия будет
U 10 = k«.i ««:10 х = «;х, т.е. Оно пропорциональна перемещению и не зависит От тепловых, мех:«иических и друглх факторов.
Таким образом, в предложенном преобразаватег«е значение погрешности уменьлается В 2-3 раза па сравнению с г, 10
50 известным, увеличивается быстродействие за счет отсутствия переходных процессов и определяется частотой ис-.ачника питания.
Формула изобретения
Элек; рамагнитный преобразователь переме«цения, содержащий источник питания, датчик с взаимна смещенными Отна ительно друг друга l.дентичными и размещеннымл одна над другой первой и второй измерительными обмотками, распагоженными на первом магчитопроводе, и п8р0оА Обмоткой возбу>кде««ия, rfopf nfo 18Hной к первому выходу источника г;итания, источник опорного напря>кения и первую схему Вычитанля, а т r«и ч а ю шийся тем, lto, с цель«а пОВь«щения точности и быст«>одействия преобразования, в нега введены вторая обмотка возбуждения, вкл«оченная последовательнс с первой, ВтopoA магнитопровод, выполненный подвижным, трубчатым, с внутренним кольцевым выступом, датчик температуры, Выполненный в виде обмотки, включенной последователoHO. с второй обмоткой возбуждения, первое и второе устройства выборки-хранения, формирователь импульсов, схема умнаженияделения, вторая схема Rbl итания, детектср, сумматор и делитель напряжения, первый магнитопровод выполнен с. первым и вторым кольцевыми выступами, выходы измерительных Обмоток подключены кинфармацианн ым входам соответственного первого и второго устройств выборки-хранения,-выход первого устройства вь«борк:,хранения соединe««с первым входом первой схемы вычитания и с входом делимого схемы умножения-деления, а выход Второго устройства выбор;"è-хранения падкл ачен к второму входу первой схемы вычитания, Выход которой подклю««ен к входу делителя схемы умножения-деления, второй выход источника питания через формирователь импульсоВ со8динен с упраВляющими Входами первого и второго устройств выборкихранения, выход датчика температуры связан через детектор с первым входом второй схемы вычитания, выход которой через делитель напряжения соединен с первым входом сумматора, выход сумматора подключен к входу множителя схемы умножения-деления, Выход источника опорного напряжения подключен к второму входу второй схемы вычитания и к второму входу сумл атора, первая и BTopBsl обмотки воз буждения размещены между выступами первого магнитопровода, между обмотками возбуждения равнамер«о намотаны первая и вторая измер«лтельные обл1отки, второй магнитопровод предназначен для соединения с объектам измеряемых перел1еще1647227
Составитель К.Молчанов
Техред M.Moðãåíòýë Корректор M. Шароши
Редактор В.Данко
Заказ 1387 Тираж 396 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4!5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ний и для перемещений, при которых его внутренний выступ находится вне зоны изфиг. f
Я2Г lб У мерительных обмоток между обмотками возбуждения.
