Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности измерения перемещений двухкоординатного преобразователя угловых перемещений, содержащего разъемный диэлектрический корпус 1 со сферической полостью, в которой размещен с возможностью углового перемещения шарообразный элемент 4, связанный с контролируемым объектом звеном связи и состоящий из двух частей 5 и 6, выполненных из диамагнитных материалов, электропроводности которых отличаются более, чем на порядок, а отношение температурных коэффициентов удельных сопротивлений в 1,2 - 1,3 раза превышает отношение их электропроводностей. В корпусе 1 размещены две пары основных катушек 8 - 11 индуктивности вихретокового датчика зазоров с радиусом R<SB POS="POST">д</SB>, которые установлены в общей плоскости со смещением H√<SB POS="POST">д</SB> от плоскости разъема корпуса. Зеркально-симметрично им установлены в корпусе две пары дополнительных катушек 12 - 15 индуктивности, каждая из которых соединена встречно-последовательно с диаметрально противоположной катушкой первых двух пар. Поскольку катушки соединены между собой попарно последовательно-встречно, то при угловых перемещениях шарообразного элемента 4 по координатам α и β на выходах электронного блока 7 обработки формируются взаимно независимые сигналы, линейно зависящие от величин перемещения в заданном диапазоне измерения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 7/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

, 0((1 1ь. „

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4687275/28 (22) 03.05.89 (46) 15,08,91. Бюл. М 30 (71) Куйбышевский авиационный институт им, акад. С,П.Королева (72) Н.Е.Конюхов, Ю.С,Дмитриев, В.Н.Буров и А.Н,Петров (53) 621.317.39:531,71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1504494, кл. 6 01 В 7/30, 1988. (54) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности измерения перемещений двухко.БЫ 1б70377А 1 ординатного преобразователя угловых перемещений, содержащего разъемный диэлектрический корпус 1 со сферической полостью, в которой размещен с воэможностью углового перемещения шарообразный элемент 4, связанный с контролируемым объектом звеном связи и состоящий из двух частей 5 и 6. выполненных из диамагнитных материалов, электропроводности которых отличаются более, чем на порядок, а отношение температурных коэффициентов удельных сопротивлений в 1,2-1,3 раза превышает отношение их электропроводностей. В корпусе

1 размещены две пары основных катушек индукгивности вихретокового датчика зазо

+ /7

1670377 ров с радиусом Вд, которые установлены в общей плоскости со смещением Н>йд от плоскости разьема корпуса. Зеркально-симметрично им установлены в корпусе две пары дополнительных катушек индуктивности, каждая из которых соединена встречно-последовательно с диаметрально противоположной катушкой первых двух пар, Поскольку катушки соединены между собой попарно поИзобретение относится к измерительной технике v может быть использовано для двухкоординатных измерений угловых пе ремещений в различных системах управления и в машиностроении, Целью изобретения является повышение точности измерения двухкоординатнь>х угловых перемещений за счет уменьшения нелинейности выходной характеристики, исключения взаимного влияния измерительных каналов двухкоординатного преобразователя перемещений и обеспечения температурной стабильности преобразователя.

На фиг, 1 схематично изображена конструкция двухкоординатного преобразователя, разрез; на фиг, 2 — разрез А- А на фиг.

1: на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг, 1.

Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений содержит разьемный диэлектрический корпус 1 с сферической полос >ью в нем и секторным вырезом. В этом вырезе размещено звено для связи с контролируемым обьектом (не показано), выполненное в виде жесткого стержня 2 и установочной конусной пружины 3, В сферической полости корпуса

1 размещен с воэможностью углового перемещения шарообразный элемент 4, центр которого совпадает с центром этой полости.

Шарообразный элемент 4 состоит из двух частей 5 и 6, имеющих форму полушарий и выполненных из диамагнитных материалов.

Электропроводность гт< материала части 5 шарообразного элемента 4 отличается от электропроводности о материала части

6 более, чем на порядок, а отношение температурных коэффициентов удельных сопротивлений этих материалов в 1,2-1,3 раза превышает отношение этих электропроводностей. В стенках корпуса 1 преобразователя размещены плоские катушки индуктивности вихретокового датчика зазоров, имеющие радиус Рд и соединенные с электронным блоком 7 обработки сигналов этих катушек.

Первые две пары катушек 8 — 11 индуктивности установлены в общей плоскос>и на

1 5

45 следовательно-встречно, то при угловых перемещениях шарообразного элемента 4 по координатам а и /3 на выходах электронного блока 7 обработки формируются взаимно независимые сигналы, линейно зависящие от величин перемещения в заданном диапазоне измерения 3 ил. равном расстоянии от поверхности шарообразного элемента 4 с взаимным угловым смещением катушек разных пар на 90". Плоскость размещения катушек 8 - 11 смещена относительно плоскос>и разьема корпуса

1 на расстояние Н > йд. Дополнительные две пары катушек 12-- 15 индуктивности, выполненных идентично катушкам первых двух пар, установлены зеркально симметрично о>носигельно них на том же расс>оянии Н от плоскости разъема корпуса 1. Каждая из дополнительных катушек соединена последовательно-встречно с диаметрально противоположно расположенной о>носительно нее катушкой первых двух пар, à именно: 8 и 14, 9 и 15, 10и12, 11 и 13.

Двухкоординатныи преобразователь угловых перемещений работает следуюв>1им образом, На вихретоковый дагчик зазоров подается напряжение высокой частоты. В исходном состоянии преобразователя его шарообразный элемент 4 занимает под действием пружины 3 звена для связи с обьектом контроля такое поло. кение, при кот<>ром плоскость раздела его двух частей 5 и 6> совмещена с плоскостью разъема корпуса 1.

В этом положении жесткий стержень 2 звена связи перпендикулярен этим плоскостям, а плоскость раздела частей 5 и 6 элемента 4 расположена на равном расстоянии от всех катушек индуктивности вихретокового датчика. При атомна катушках 8—

11 датчика возникают одинаковые сигналы высокого уровня, поскольку эти катушки расположены около части 5 элемента 4, имеющей меньшую электропроводность гт> чем электропроводность о части 6, около которой размещены катушки 12 — 15. 11а этих катушках наводятся сигналы низкого уровня, поскольку на них влияют вихревые гоки наведенные в части 6 элемента 4, имеющей относительно более высокую электропроводность гтрк . Благодаря последовательному и встречному соединен>ию катушек 8 и 14. 9 и

1670377

10

25

R ус = arcs ln — + у„

45

55

15, 10 и 12, 11 и 13 на их выводах формируются равные сигналы. Поскольку электрически соединенные катушки 9 и 15, 11 и 13, кроме того, соединены между собой последовательно-встречно, на выходе канала измерения угловой координаты а электронного блока 7 образуется нулевой сигнал Огг = О. Аналогично, благодаря электрическому встречно-последовательному соединению катушек 8 и 14, 10 и 12, расположенных в корпусе

1 со смещением на 90 относительно катушек 9 и

15, 11 и 13, на выходе другого канала измерения угловой координаты р электронного блока 7 также образуется нулевой сигнал UP = О. Нулевые напряжения Оа и UP на выходе блока 7 будут сохранятъся в некотором диапазоне +у, нечувствительностии к перемещениям стержня 2 звена для связи преобразователя с контролируемым объектом, Сучетом этогодиапазона нечувствительности выбран угол ус взаимного расположения осей основных и дополнительных катушек относительно плоскости разъема корпуса с использованием следующего соотношения: где R — радиус шарообразного элемента 4, а

Н вЂ” R> у<> = arcsin

При угловом перемещении стержня 2 на угол, превышающий угол + с,, например по угловой координате а, сигналы на катушках 11 и 13 индуктивности изменяются в противоположную сторону, поскольку граница части 6 элемента 4 приближается к катушке 11, вызывая уменьшение сигнала в ней, а к катушке 13 приближается граница части 5 элемента 4, вызывая увеличение сигнала в ней, При этом на соответствующих встречно присоединенных к ним катушках 9 и 15 сигнал изменяться не будет. Разностный выходной сигнал, снимаемый с катушек 9 и 15, а также 11 и 13, будет линейно изменяться в зависимости от величины угловой координаты а . Таким же образом формируются сигналы на катушках 8 и 14, 10 и 12 при перемещении стержня 2 по другой угловой координате +/3, превышающей угол +ye, что приводит к появлению на выходе блока

7 линейно изменяющихся напряжений Va u

UP не зависящих друг от друга. Благодаря различию электропроводностей двух частей шарообразного элемента 4 не менее, чем на порядок, обеспечивается высокая чувствительность преобразователя, а выбор материалов частей элемента 4 с отличающимися температурными коэффициентами удельного сопротивления обеспечивает стабильность и линейность выходной характеристики при равномерном изменении температуры окружающей среды. Для снижения веса конс;рукции возможно выполнение шарообразного элемента преобразователя полым. Все эти факторы обеспечивают повышение точности измерения двухкоординатных угловых перемещений.

Формула изобретения

Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений, содержащий разъемный диэлектрический корпус со сферической полостью и секторным вырезом, размещенное в этом вырезе звено для связи с контролируемым объектом, выполненное в виде жесткого стержня и установочной конусной пружины, расположенный с воэможностью углового перемещения в сферической полости корпуса шарообразный элемент, центр которого совпадает с центром этой полости и который состоит из двух частей, соединенных между собой с помощью.кесткого стержня звена дл» связи и выполненных из материалов с различной электропроводностью, плоскость раздела которых перпендикулярна к оси стерж;.я, и вихретоковый датчик, выполненный в виде размещенных в стенке корпуса двух пар катушек индуктивности радиуса R; установленных в общей плоскости на равных расстояниях от поверхности шарообразного элемента с взаимным угловым смещением катушек разных пар на 90, о 1 л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения н» линейности выходной характеристики. он снабжен двумя дополнительными парами катушек индуктивности, выполненных идентично катушкам первых двух пар и установленных зеркально симметрично относительно них на расстоянии Н > R>, от плоскости разъема корпуса, каждая из до;полнительных катушек соединена последовательно встречно с диаметрально противоположно расположенной относительно нее катушкой первых двух пар, а обе части шара имеют форму полушарий, выполнены из диамагнитных материалов, электропроводности которых отличаются более, чем на порядок, а отношение температурных коэффициентов удельных сопротивлений этих материалов в 1,2-1,3 раза превышает отношение их электропроводностей.

1670377

1670377

Составитель Т,Бычкова

Техред М,Моргентал Корректор l4.Ìàêcèìèøèíå

Редактор С.Никитина

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

Заказ 2737 Тираж 372 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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