Преобразователь перемещений

 

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерительного преобразования механических величин с использованием электромагнитных датчиков. С целью повышения точности за счет снижения температурной погрешности преобразователь перемещений содержит мост переменного тока, образованный рабочими обмотками 2, 3 индуктивного дифференциального датчика, а также компенсационными обмотками 6, 7 и резисторами 4, 5. Мост переменного тока через блок 9 дискретизации связан со входом делителя 13. Новым в преобразователе перемещений является введение блока 10 дискретизации, связывающего мост переменного тока со входами блока 14 деления, введение блока 12 вычитания, связывающего блок 9 дискретизации со входом делимого блока 13 деления, причем выход блока 13 деления непосредственно, а выход блока 14 деления через блок 16 масштабного суммирования, подключенный к источнику 17 опорных напряжений, связаны со входами блока 15 умножения. На выходе блока 9 дискретизации выделяется напряжение, по уровню пропорциональное координате подвижного якоря 1 дифференциального датчика, причем коэффициент пропорциональности определяется элементами датчика и является температурозависимым. Блок 10 дискретизации формирует информацию о температуре дифференциального датчика, преобразуемую блоком масштабного суммирования к виду, обеспечивающему компенсацию температурных изменений выходной величины блока 9 дискретизации. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 7/00

ГОС УДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 47107021/28 (22) 11.07.89 (46) 15.08.91, Бюл. N 30 (72) А.И.Никонов и А.А,Маркин (53) 621.317.39:531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1146540, кл. G 01 В 7/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1441175, кл. G 01 В 7/00. 1987, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерительного преобразования механических величин с использованием электромагнитных датчиков. С целью повышения точности за счет снижения температурной погрешности преобразователь перемещений содержит мост переменного тока, образованный рабочими обмотками 2, 3 индуктивного дифференциального датчика, а также компенсационными обмотками 6, 7 и резисторами 4, 5. Мост переменного тока через блок 9 дискретизации связан со входом делителя 13.

Новым в преобразователе перемещений явИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерительного преобразования перемещений в электрические величины с использованием электромагнитных датчиков.

Цель изобретения — повышение точности преобразования перемещений за счет снижения температурной погрешности,.

На фиг.1 изображена структурная схема преобразователя перемещений; на фиг.2— временные диаграммы формирования сиг. Ы „„1670362 А1 ляется введение блока 10 дискретизации, связывающего мост переменного тока со входами блока 14 деления, введение блока

12 вычитания, связы а,ощего блок 9 дискретизации со входом делимого блока 13 деления, причем выход блока 13 деления непосредственно, а выход блока 14 деления через блок 16 масштабного суммирования, подключенный также к источнику 17 опорных напряжений, связаны со входами блока

15 умножения. На выходе блока 9 дискретизации выделяется напряжение, по уровню пропорциональное координате подвижного якоря 1 дифференциального датчика, причем коэффициент пропорциональности определяется элементами датчика и является температуроэависимым. Блок 10 дискретизации формирует информацию о температуре дифференциального датчика, преобразуемую блоком масштабного суммирования к виду, обеспечивающему компенсацию температурных изменений выходной величины блока 9 дискретизации, 2 ил. налов управления выборкой выходных сигналов моста переменного тока.

Преобразователь перемещений содержит магнитопроводный якорь 1, рабочие обмотки 2, 3, резисторы 4, 5, компенсационные обмотки 6, 7, источник 8 переменного напряжения, блоки 9, 10 дискретизации, дифференциатор 11, вычитатель 12, блоки

13, 14 деления, блок 15 умножения, блок 16 суммирования, источник 17 опорных напряжений и шину 18 нулевого потенциала.

1670362

Рабочие 2, 3 и компенсационные 6. 7 обмотки, а также резисторы 4, 5 образуют четырехплечий мост переменного тока с диагональю питания "а-Ь" и измерительной диагональю "с-d". Кроме того, якорь 1 и рабочие обмотки 2, 3 образуют дифференциальный индуктивный датчик, Блок 9 содержит компаратор 19, одновибратор 20, блоки 21, 22 выборки-хранения, блок 10 содержит компаратор 23, одновибратор 24, блоки 25, 26 выборки и хранения. Блок 16 содержит блок 27 вычитания, сумматоры 28, 29, делители 30, 31 напряжения.

Нижний по фиг,1 вывод резистора 4 связан с шиной 18, а его верхний вывод подключен к первому(верхнему по фиг.1) входу компаратора 19, второй вход компаратора

19 соединен с шиной 18, Выход компаратора 19 через одновибратор 20 связан с управляющими входами блоков 21, 22, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока 9. Выход блока 21 соединен с первым входом блока 12, ко второму входу которого подключен выход блока 22.

Устройство работает следующим образом.

К диагонали питания "а — b" моста переменного тока прикладывается выходное напряжение 0ц источника 8

Ов = Vsln а1, где V, а- амплитуда и круговая частота напряжения; т — время, В пределах Xr диапазона преобразования величины индуктивностей L2 рабочей обмотки 2 и э рабочей обмотки 3 пропорциональны координатам X якоря 1 на оси Х контролируемых перемещений

12 = IX+ I ä, 1 э = -IX+ д, где! — коэффициент приращения индуктивности;

lд — индуктивность балансного положения Х = 0 якоря 1, величины 1, д определяется параметрами магнитных цепей рабочих обмоток 2, 3 и зависят от температуры среды эоны установки дифференциального датчика, Управляющие и информационные входы блоков 9, 10 дискретизации, а также блока 11 являются высокоимпедансными и практически не влияют на распределение токов и напряжений любых участков мостовой схемы.

Напряжение Ui, выделяемое в последовательно соединенных рабочей обмотке 2 и резисторе 4, складывается из составляющих Ux и Uv, по величине пропорциональных соответственно координате Х и скорости якоря 1

0=Ux+Uv=(d(L21)/dt)+(r+R) l

= в1„(1Х+1 h)sin(cu t+

5 + 0,5 П вЂ” p)+Im(IV+r+R)sin(e t- p), V где Im- ампли2.в1 +(2 г+ R7 туда тока р бочих компенсационных обмоток;

10 1 = Im sin (un- p);

rp =arctg О, 0=(и l д/(2r+R)) — добротность;

r — активное сопротивление каждой рабочей или компенсационной обмотки;

15 R — активное сопротивление любого из резисторов 4, 5.

Напряжение на выводах резистора 4 (см, фиг,2) равно

Un = IR = ImR sin (а t- у );

20 на фиг.2 через U обозначена совокупность напряжений Us, 04, Ut), Магнитные цепи компенсационных обмоток 6, 7 воздействию якоря 1 не подвергаются. B последовательном соединении

25 первой компенсационной обмотки 6 и резистора 5 выделяется сигнал, представляемый суммой падений напряжений на индуктивном и акт. вных сог ротивлениях участка "d—

b", 30 Udla=U4+Ua= О! д Imsln(0) 1+

+ 0,5 П - p)+(r+ R)Im sin(rut rp ), причем напряжение на резисторе 5 равно

Ug = iR = ImR sin (а t- rp ) = U4.

Уровень выходного сигнала Utt блока

35 11 пропорционален временной производной напряжения 05

U11= Kp(dUg/dt)=-Кр OJ RlmCOS ((lit+).

Состояние любого иэ компараторов 19, 23 определяется следующим образом: если

40 потенциал его первого выхода положителен, то на выходе данного компаратора поддерживается напряжение уровня логической единицы. Напротив, наличие отрицательного потенциала первого входа

45 обуславливает поддержание на выходе компаратора напряжения уровня логического нуля. Первый 20 и второй 24 одновибраторы срабатывают по положительным перепадам своих входных напряжений, 50 Нулевые значения достигаются напряжениями U4, U>> в моменты соответственно т к= t +0,5КТ,т к= г к 0,25 Т, где tg= arctg (0/cu), T=-(2П /со ) — период, К вЂ” индекс н,эблюдаемого периода (целое число или нуль).

В промежутках времени

1 к = (т + KT) < t < t к + 0,5 Т, 0,5Т, t к =- (т, + КТ + 0 25 T) < t < t к = 0 5 Т

1670362

С первого выхода источника 17 выдается постоянное напряжение О17.1, и о значению и с д б и р а е м о е р а в н ы м О 17- I =

=-Vm((rII/R)+1), а С ЕГО ВТОРОГО ВЫХОДа - ПОстоянное напряжение О17 2=V;. напряжения соответственно U4, О11 находятся в области положительных значений и на выходах компараторов 19, 23 поддерживаются напряжения высокого уровня, По положительным фронтам выходных 5 сигналов компарторов 19, 23 в моменты вреМЕНИ СООтВЕтСтВЕННО t К, t K ПРОИСХОДИТ

1 срабатывание одновибраторов 20,?4, генерирующих импульсы у.-,равления выборкой выходных напряжений моста переменного 10 тока, производимой соответственно, блоками 9, 10 дискретизации. На выходах блоков

21, 22, 25 и 26 выборки и хранения формируются напряжения

U21=Ucb(t К)= ())!(и(!Х.! д), 1

U22=Udb(1 К)= О) !и)! д, U25=Udb(c к)=!п)(г) R), ° 2

U26=U5(t к)= Гп R.

С выхода блока 12 они ается разо"стное напряжение 20

U12=Ulg -U2P=- ()) !и)!Х.

Блоки 13, 14 реализуют операции формирования напряжений

U12 о) 1„! X

О)З=Н(п >< — — = VM — ---- ---О22 (s) !-и <)

I ХГ

= VM — -у- )/х, Uã5 . 1;,((R1

О, =Ч,.--- = lм

О25 !п

Г

3G

VM (д+ 1), где Vm — масштабныи козффицлео- ппераии д ления, имсющлй )азмер нос) . пап Г) )жения;

7!х--(Х/Хг) — относ и тел ь на и координата якоря I, Величины I, Lh", r завися(от колеб;ний температуры гп в зоне установки дифференциального датчи.,а !

=Iн(1+ ярд ), L1=- L (1(1 ° а )l ) ), r = гн(1+ а „, <)), д — — (1(Ог) . где !н, I . н, гн — значе.лля параме) ров !, L,):

r при нормальной температуре () ll 20 C.

UPI, (7p,l, а(-.-г - ИЗВЕСТНЫЕ тЕМПЕра45 турные козффлциенть) парамет ров соответственно, I, L$, г. Значения а yb а6.! определяются по результатам физического или математического моделирования воздействия темпера)у!)ы среды установки датчика на величину индуктивнос. и рабочей обмотки при балансном и отклоненных от балансного положениях якоря 1, значение а;„,известно по справочным данным.

Выходные напряжения блока 27 вычитания, сул1маторов 28, 29 и делителей 30, 31 обозначим соответственно через U27...U31, Блок 27 формирует раэностный сигнал, равный

U27=U)4-U17-1=Чм (— - - — - — - + )R

Ч (1)=V

К R

Коэффициент преобразования,Взо делителя 30 подбирается равным эначению отношения (a 61 Р)/((2 гн), а коэффициент преобразования j331 делителя 31 — равным

3НаЧЕНИЮ ОТНОШЕНИЯ (або)/(автГН) таК Чта

U3o= / 3o U27=(U2TаВ! R)/(а6).г гн)

=Vm а(ч г), U31=)()31 U27=(U27 а{)(! )/ (ае> r г!"!)

=-V&cu О.

При этом соотношение (R/ãH) подбирается таким, чтобы соблюдалось неравенство гпахфз(),/331 ) < 1, в случае нарушения которого вместо делителя напряжения пришлось бы использовать усилитель.

Сумматоры 28, 29 реализуют операции сло кения

Огв=-О17-г U3()=- 4 (1+ (< Й

Огз=О17-2) О31=\/ п(1+ (Х1)! 0) . ;,олень выходного напряжения блока 15 определяется выражением

U15 (K15 Огв/О29)==К15 Vm x

Ill . X, (1 -)-((,! 0) Ррх ! н (1 + а х 0 . VM (1 +а((0 ) У вЂ” (К Х /

/L. í) )/, =- KX, где К15 масштабный коэффициент операци 1 )множения-дел(-ния напряжЕний, К=;Кl Vm !н)/I $t).

Таким образом, выходная величина U15 предлагаемого преобразователя-пропорциональна координагам якоря 1 на оси контролируемых перемещений с постоянным ко зффициенто .:, К.

Формула изобре ения

Преобразователь перемещений, содержащий источник переменного напряжения, две рабочие обмотки. две компенсационные обмотки, два резисгора, первый компартор, первый одновибратор, первый и второй блоки выборки и хранения, первый блок деления, шину нулевого потенциала и магнитопроводный якорь, выполненный с возможностью перемещения в магнитном поле рабочих обмоток, первый вывод источника )еременного напряжения подключен к началу первой компенсационной обмотки и началу первой рабочей обмотки, второй вы1670362 вод источника переменного напряжения подключен к шине нулевого потенциала и первым выводом первого и второго резисторов, вторые выводы которых через соответственно вторую рабочую и вторую 5 компенсационную обмотки подключены к сигнальным входам соответственно первого и второго блоков выборки и хранения, второй вывод первого резистора подключен к первому входу первого компаратора. вы- 10 ход которого через первый одновибратор подключен к управляющим входам первого и второго блоков выборки и хранения, выход второго блока выборки и хранения подключен к первому входу первого блока деления, 15 второй вход первого компаратора подключен к шине нулевого потенциала, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет снижения температурной погрешности, в него введены дифференци- 20 втор, второй компаратор, второй одновибратор, третий и четвертый блоки выборки и хранения, второй блок деления. два вычитателя, два делителя напряжения, два сумматорэ, источник опорного напряжения и блок 25 умножения, второй вывод второго резистора через дифференциатор подключен к первому входу второго компаратора, выход которого через второй одновибратор подключен к сигнальным входам третьего и четвертого блоков выборки и хранения, выходы которых подключены к входам второго блока деления, выход которого подключен к первому входу первого вычитателя, выход которого подключен к входам первого и второго делителя напряжения, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока умножения, выходы первого и второго блоков выборки и хранения подключены к входам ггервого вычитателя, выход которого подключен к второму входу первого блока деления, выход которого подключен к третьему входу блока умножения, первый и второй выходы источника опорного напряжения подключены соответственно к второму входу второго вычитателя и вторым входам первого и второго сумматора, второй вывод первой компенсационной обмотки подключен к сигнальному входу второго и третьего блоков выборки и хранения, второй вывод первой рабочей обмотки подключен к сигнальному входу первого блока выборки и хранения, шина нулевого потенциала подключе э к второму входу второго компараторд, 1670362

Составитель В. Подолян

Редактор В. Фельдман Техред М.Моргентал Корректор M. Кучерявая

Заказ 2736 Тираж 370 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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