Преобразователь перемещений

 

Изобретение относится к средствам контроля положения подвижных объектов, а именно к преобразователям перемещений, и может быть использовано в датчиках линейных и угловых перемещений и комЗндоаппаратах с пропорциональным задающим сигналом. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Устройство содержит автогенератор 1, чувствительный элемент 2, состоящий из первичных и вторичных катушек, расположенных с зазором, дифференциальный амплитудный детектор 3, усилитель 4, экран 5, механически связанный с объектом контроля, второй амплитудный детектор 6, дифференциальный усилитель 7, стабилизатор 8 напряжения и регулятор 9 режима автогенератора. Суммирующий амплитудный детектор 6 контролирует суммарную амплитуду напряжения на вторичных катушках чувствительного элемента для поддержания ее на постоянном уровне. Это обеспечивается дифференциальным усилителем 7 путем сравнения сигнала детектора 6 с напряжением стабилизатора 8 и управления регулятором режима работы автогенератора. 2 ил. сл с

СОЮЗ: ЕТСЯ;И|3(РЕСПУБЛИК с (5!)5 G 01 В 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4795355/28 (22) 20.02.90 (46) 23.04.92. Бюл. М 15 (71) Московское научно-производственное объединение по строительному и дорожному машиностроению (72) Д.М. Маш, P.Å. Кошелюк и Ю.E. Кушнир (53) 531.717.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 506221, кл. G 011 1/14, 1972.

Авторское свидетельство СССР

М 1191729, кл. G 01 В 7/02, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к средствам контроля положения подвижных объектов, а именно к преобразователям перемещений, и может быть использовано в датчиках линейных и угловых перемещений и командоаппаратах с пропорциональным задающим

„„5U „„1728639 А1 сигналом. Цель изобретения — повышение точности преобразования, Устройство содержит автогенератор 1, чувствительный элемент 2, состоящий из первичных и вторичных катушек,. расположенных с зазором, дифференциальный амплитудный детектор

3, усилитель 4, экран 5, механически связанный с объектом контроля, второй амплитудный детектор 6,. дифференциальный усилитель 7, стабилизатор 8 напряжения и регулятор 9 режима автогенератора. Суммирующий амплитудный детектор 6 контролирует суммарную амплитуду напряжения на вторичных катушках чувствительного элемента для поддержания ее на постоянном уровне. Это обеспечивается дифференциальным усилителем 7 путем сравнения сиг- . нала детектора 6 с напряжением стабилизатора 8 и управления регулятором У) режима работы автогенератора. 2 ил.

1728639

10

25

Изобретение относится к средствам контроля положения подвижных объектов, взаимного положения деталей машин, приборов или узлов, а именно к преобразователям перемещения, и может быть использовано преимущественно в датчиках линейных и угловых перемещений и командоаппаратах с пропорциональным задающим сигналом.

Известны преобразователи перемещения, построенные на принципе изменения индуктивности или взаимной индуктивности чувствительного элемента. Широкое применение этих преобразователей обусловлено их простотой и устойчивостью к воздействию внешних эксплуатационных факторов. Из этой группы преобразователей перемещения лучшими динамическими характеристиками, меньшими габаритами и энергопотреблением обладают так называемые токовихревые преобразователи, основанные на эффекте электромагнитного экранирования катушек чувствительного элемента.

Известен, например, индуктивный измеритель механических величин, в котором на взаимно перемещающихся элементах размещены магнитопровод с блоком первичных катушек, включенных в схему автогенератора, и вторичных катушек, подключаемых к амплитудному детектору и усилителю. В воздушном зазоре между первичными и вторичными катушками перемещается плоский диамагнитный экран. С целью уменьшения габаритов и обеспечения возможности широкого изменения пределов измерений, каждая катушка преобразователя перемещения располагается в отдельных броневых ферритовых сердечниках.

Однако имеются такие существенные недостатки, как сильное влияние внешней температуры на взаимную индуктивность первичных и вторичных катушек и на элементы схемы автогенератора, влияние переменной площади экрана (при его перемещении) не только на изменение взаимоиндукции, но и на изменение самоиндукции катушек, что увеличивает нелинейность преобразования перемещения в электрический сигнал или при заданной нелинейности уменьшает диапазон измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь перемещения, состоящий из автогенератора, к которому подключен чувствительный элемент, выполненный в виде расположенных с воздушным зазором двух первичных и двух вторичных катушек, к выходу которого подключен вход дифференциального амплитудного детектора, к выходу которого подключен вход усилителя и расположенного в воздушном зазоре между первичными и вторичными катушками подвижного экрана с профильными кромками.

Недостатком этого устройства является низкая точность в диапазоне воздействия внешних факторов (изменение напряжения питания, температуры окружающей среды, разброса параметров элементов схемы) и нелинейность. .Кроме того, обратная связь, введенная в схему вторичной катушки, обеспечивая изменение частоты, дестабилизирует выходной сигнал по амплитуде.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь перемещения, состоящий из автогенератора, к которому подключен чувствительный элемент, выполненный в виде двух пар располо>кенных с воздушным зазором первичных и вторичных катушек, к выходу которого подключен вход дифференциального амплитудного детектора, к выходу последнего подключен вход усилителя, и расположенного в воздушном зазоре между первичными и вторичными катушками подвижного экрана с профильными кромками, снабжен стабилизатором напряжения и последовательно соединенными вторыми амплитудным детектором, дифференциальным усилителем, регулятором режима, выход чувствительного элемента подключен к входу второго амплитудного детектора, а второй вход дифференциального усилителя подключен к стабилизатору напряжения, а вход автогенератора подключен к выходу регулятора режима.

Предложение обеспечивает более высокий положительный эффект по сравнению с известными техническими решениями, так как позволяет повысить точность датчиков, содер>кащих преобразователи перемещения и используемых в системах автоматики.

На фиг.1 изображена структурная схема преобразователя перемещения: на фиг.2— принципиальная схема преобразователя.

Преобразователь перемещейия содержит автогенератор 1, к которому подключен чувствительный элемент 2, а также подключенный к чувствительному элементу 2 дифференциальный амплитудный детектор 3, к которому, в свою очередь, подключен усилитель 4. В воздушном зазоре чувствительного элемента 2 располагается электромагнитный экран 5 с профильными

1728639

10

15 кромками, приводимый в движение контролируемым объектом.

Преобразователь перемещения содержит второй суммирующий амплитудный детектор 6, подключенный к чувствительному элементу 2, дифференциальный усилитель

7, одним входом подключенный к второму детектору 6, а другим входом — к стабилизатору 8 напряжения, и регулятор 9 режима автогенератора 1.

Автогенератор 1 выполнен, например, по схеме емкостной трехточки на транзисторе 10, в цепь транзистора включены две первичные катушки 11 и 12 чувствительного элемента 2. Вторичные катушки 13 и 14чувствительного элемента 2 соединены последовательно и одними концами образуют общую точку, относительно которой подключаются нагрузочные резисторы 15 — 18 и конденсаторы фильтров 19-22 обоих амплитудных детекторов 3 и 6.

Дифференциальный амплитудный детектор состоит из диодов 23 и 24, одноимен-. ными электродами (например, анодами) подключенных к внешним концам вторичных катушек 13 и 14.

Один из диодов 23 подключается к шине преобразователя, относительно которой производится измерение сигнала, а другой диод 24 — к входу усилителя 4, выполненного, например, по схеме с токовым выходом. Положение экрана 5 в соответствии с его рабочими кромками определяет степень экранирования вторичных 13 и 14 от первичных 11 и 12 катушек, различные сигналы на катодах диодов 23 и 24 и, как следствие, на выходе усилителя 4 измерительный сигнал.

К внешним концам вторичных катушек одноименными, но противоположным по отношению к диодам 23 и 24 электродами (катодами), подключены диоды 25 и 26, дополнительно суммирующего амплитудного детектора 6, причем на аноде диода 26 по отношению к катоду диода 23 {шине преобразователя) создается сигнал, равный сумме выпрямленных напряжений вторичных катушек 13 и 14. Диод 25 при этом служит для обеспечения симметрии схем, связанных с каждой из катушек 13 и 14.

Анод диода 26 соединен с одним входом дифференциального усилителя 7, второй вход которого подключен к стабилитрону

27. Выход дифференциального усилителя 7 через резистор 28, выполняющий в данной конкретной схеме функцию регулятора режима, подключен к цепи смещения транзистора 10 автогенератора, чем обеспечивается управление амплитудой напряжения на первичных катушках 11 и 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После подачи на преобразователь напряжения питания автогенератор 1 возбу>кдается и на первичных катушках 11 и 12 чувствительного элемента 2 появляется переменное напряжение.

Экран 5, связанный с контролируемым объектом, а исходном состоянии располагается в зазоре между первичными 11 и 12 и вторичными 13 и 14 катушками так, что благодаря его симметрично выполненным рабочим кромкам (например, в виде участков спирали Архимеда), обеспечивается одинаковое экранирование катушек 13 и 14 от катушек 11 и 12 соответственно. На выходе дифференциального амплитудного детектора 3 (катоде диода 24 и усилителя 4 разност-. ный сигнал равен нулю или некоторому заданному сигналу, соответствующему исходному положению экрана).

На выходе дополнительного суммирующего амплитудного детектора 6 (аноде диода 26) сигнал равен сумме выпрямленных напряжений обеих катушек 13 и 14, этот сигнал дифференциальным усилителем 7 сравнивается с опорным напряжением стабилизатора 8 (стабилитрон 27), в результате чего через резистор 28 протекает ток определенного значения, устанавливающий ток базы транзистора автогенератора и амплитуду напряжения на первичных катушках. В случае перемещения экрана (например, при повороте) происходит увеличение экранирования одной (например; 13) и уменьшение экранирования другой (14) вторичной катуш ки. Соответст вен но увеличивается си гнал на катоде одного (24) и уменьшается на катоде другого (23) диода. Разностный сигнал дифференциального амплитудного детектора 3, усиленный усилителем 4, обеспечивает изменение измерительного сигнала.

При этом в силу симметричности рабочих кромок экрана 5 сигнал на выходе дополнительного суммирующего амплитудного детектора 6 (суммарный сигнал катушек 13 и 14) измениться не должен, что должно оставить режим работы автогенератора неизменным.

Если изменение положения экрана, помимо воздействия на взаимную индуктивность катушек, влияет также на индуктивность первичных катушек, это в конечном итоге может привести к изменению амплитуды напряжения на первичных и вторичных катушках и соответственно, измерительного сигнала детектора 3 (катод диода

22) и усилителя 4 (что выразится в увеличении нелинейности преобразователя). В

1728639

Формула изобретения

Составитель Д.Маш

Техред М.Моргентал

Редактор М.Бланар

Корректор А.Осауленко

Заказ 1398 .Тираж 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

l предлагаемой схеме изменение амплитуды напряжения приводит также к пропорциональному изменению сигнала на выходе детектора 6 (анод диода 26) и дифференциального усилителя 7, который регулятором 9 (резистор 28) изменяет режим работы автогенератора так, что приводит.амплитуду напряжения на первичных катушках к первоначальному уровню, Стабилизация напряжения на первичных и суммарного напряжения на вторичных катушках осуществляется и при иных возможных, например, температурных воздействиях на режим транзистора автогенератора или взаимную индуктивность катушек (магнитную проницаемость сердечников), чем снижается мультипликативная погрешность преобразователя, Таким образом. предлагаемый преобразователь перемещения с рассмотренным режимом работы позволяет существенно повысить точность за счет уменьшения нелинейности и уменьшения температурного влияния.

Техническая реализация вводимой обратной связи достаточно проста и обеспечивает надежность работы.

Преобразователь перемещений, содержащий автогенератор, чувствительный эле5 мент, выполненный в виде двух пар, расположенных с воздушным зазором первичных и вторичных катушек и соединенный с автогенератором дифференциальный амплитудный детектор, соединенный с выходом

10 чувствительного элемента, усилитель, соединенный с выходом дифференциального амплитудного детектора, и подвижный экран с профильными кромками, расположенный в воздушном зазоре между первичными

15 и вторичными катушками, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразования, он снабжен стабилизатором напряжения и последовательно соединенными вторым амплитудным детектором, 20 дифференциальным усилителем и регулятором режима, выход чувствительного элемента подключен к входу второго амплитудного детектора, второй вход диф-. ференциального усилителя подключен к

25 стабилизатору напряжения, а вход автогенератора подключен к выходу регулятора режима.