Устройство для измерения линейных размеров

 

Изобретение относится к измерительной технике машиностроения и предназначено к использованию в электронных приборах для измерения линейных размеров изделий. Цель изобретения .- упрощение конструкции и увеличение то чности измерения. Устройство содержит генератор 1 стабильной амплитуды, индуктивный датчик 2, инвертирующий операционный повторитель 3 напряжения генератора 1, инвертирующий операционный усилитель напряжения переменного тока, два выпрямителя 5 и 6 напряжений противоположного знака, усилитель 7 напряжения постоянного тока, показывающий прибор 8 и потенциометр 9 для смещения показаний прибора 8. 2 ил.

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А3 (1% (11) (51)5 С 01 D 5/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

lI k E TOPCKOMV CENEETEllhCTEV

1 (21) 4717190/10 (22) 11,07.89 (46) 07 05.92. Бюл. 1" 17 (75) В.А.Матросов (53) 681.846.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1441205, кл. G 01 D 5/22, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике машиностроения и предназначено к использованию в электронных приборах для измерения ли2 нейных размеров изделий. Цель изобретения .- упрощение конструкции и увеличение точности измерения . Устройство содержит генератор 1 стабильной амплитуды, индуктивный датчик 2, инвертирующий операционный повторитель 3 напряжения генератора 1, инвертирующий операционный усилитель 4 напряжения перем нного тока, два выпрямителя 5 и 6 напряжений противоположного знака, усилитель 7 напряжения постоянного тока, показывающий прибор 8 и потенциометр 9 для смещения показаний прибора 8. ? ил.

3 1732

Изобретение относится к измерительной технике машиностроения и может быть использовано в приборах, предназначенных для измерения с по-. мощью индуктивных датчиков отклонений линейных размеров изделий.

Известны различные устройства для измерения отклонений линейных размеров, в которых используются индуктивные датчики перемещений, Известное устройство содержит соединенные s виде мостовой схемы индуктивный дифференциальный датчик, трансформатор со средним отводом в одной из обмоток и генератор стабильной амплитуды и последовательно соединенные с вторичной обмоткой трансформатора усилитель напряжения переменного тока, фазовый детектор, усилитель напряжения постоянного тока и показывающий прибор.

Недостатками этого устройства являются наличие трансформатора, который является трудоемким в изготовлении, необходимость предварительной балансировки мостовой схемы при сред" нем положении подвижного звена индуктивного датчика.

В известных устройствах, для измерения линейных размеров не может быть применен взамен дифференциального датчика недифференциальный из-за существенного различия связей и параметров. Но достоинством является то, что так как сигнал дифференциального индуктивного датчика необ1 ходимо усиливать не менее чем в

200 раз, то для уменьшения дрейфа усиленного сигнала датчика можно будет усилить сигнал усилителем напряжения переменного тока в

100 раз, а усилителем напрян ения постоянного тока в два раза.

Известно устройство, в котором отсутствует трансформатор в мостовой схеме с. дифференциальным индуктивным датчиком. Это устройство содержит амплитудно"фазовый дискриминатор (АФЦ), который заменяет трансформатор и фазовый детек>ор, и последова" тельно соединенные усилитель постоянного тока и показывающий прибор, причем АФД содержит два дифференциальных усилителя напряжения переменного тока с неодинаковыми коэффициентами усиления по инвертирующему и неинвертирующему входам, между выходами которых вкпючена цепь из

155 4 последовательно соединенных двух диодов в проводящем направлении и двух резисторов, и я нем догжен быть ге5 нератор стабильной амплитуды для питания дифференциального датчика.

Известное устройство позволяет применить безмостовую схему, благодаря чему расширяется рабочий учас1О ток с высокой линейностью характеристики преобразования, упрощается схема устройства, снижается себестоимость и на порядок возрастает точность измерения.

Но в этом описании не указано, как будет выглядеть безмостовая схема, а достоинства ее указань> для безмостовой. Если, например, будет соединен средний вывод датчика с землей, 20 то схема будет мостовой и работоспо- собной при отсутствии соединения генератора с землей. Если же будет соединен с землей один из крайних выводов датчика, то схема будет неуд работоспособной из-за того, что один из дифференциальных усилителей АФЦ станет недифференциальным, т.е. неинвертирующим и будет усиливать по-ловину напряжения генератора, а другой усилитель будет усиливать все напряжение генератора инвертирующим входом и усиливать половину напря>нения генератора с коэффициентом усиления больше на один раз неинвертирующим входом. Если, например, коэфЗ5 фициент усиления по неинвертирующему входу обоих усилителей будет два, то на входе УПТ будет при среднем положении подвижного звена датчика напряжение, равное величине амплитуды

"0 напряжения генератора.

Если же дифференциальный датчик будет питаться от генератора через трансформатор с заземленной средней точкой во вторичной обмотке, то известное устройство будет иметь мостовую схему и будет работоспособным.

В этом случае усилители АФД будут усиливать дифференциально два сиг50 нала: напряжение генератора инвертирующим входом и очень малый сигнал со среднего вывода датчика неинвертирующим входом, т.е. усилители

АФД не смогут усилить сигналы датчика более чем в 2 раза.

Кроме этого, схема известного устройства является неработоспособной.

При отсутствии генератора для питания датчика напряжения. переменного

173 и постоянного тока на выходе усилителей АФД должны быть около нуля. Но так как неинвертирующий вход усилителей в АФД не имеет гальванического соединения с общей шиной питания, то на выходе усилителей будет либо все положительное, либо все отрицательное напряжение источника питания, т.е. усилители будут находить, ся в режиме насыщения. Для исключения этого недостатка необходимо соединить средний вывод дифференциального датчика через резистор или дроссель с общей шиной питания..

Известное устройство будет работоспособным только с мостовой схемой и при наличии гальванического соединения с общей шиной питания неинвертирующего входа усилителей АФД.

Но иэ этого следует, что это устройство не будет обладать теми достоинствами, которые указаны.

Устройство имеет значительно больший дрейф усиленного сигнала дифференциального датчика. Сигнал со среднего вывода датчика может быть усилен усилителями АФД в 2 раза. Цепь из последовательно соединенных пассивных элементов в виде двух диодов и двух резисторов, включенная между выходами усилителей АФД, будет иметь коэфФициент передачи сигнала около 0,5.

Из этого следует, что для усиления сигнала датчика, например, в 200 раз коэффициент усиления УПТ должен быть

200. Если в качестве усилителей АФД будет применена интегральная микросхема KP 140УД2, у которой по ТУ дрейф напряжения смещения составляет

50 мкВ/К, то при усилении его s

200 раз дрейф усиленного сигнала датчика будет 10 м8/К от влияния температуры на усилители АФД. Кроме этого в усиленном сигнале датчика будет усиленный в 200 раз дрейф напряжения смещения диодов и самого УПТ.

Таким образом, недостатками устройства являются при мостовой схеме низкая точность измерения из-эа высокого дрейфа усиленного сигнала датчика и неработоспособность при безмостовой схеме.

Целью изобретения является упрощение конструкции за счет применения безмостовой схемы и повышение точности измерения за счет уменьшения дрейфа усиленного сигнала,.а также . воэможность преобразовани

2155 6

5

35 тем же устройством сигнала недиф- ференциального индуктивного датчика с переменным воздушным зазором.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее индуктивный дифференциальный датчик линейных перемещений, генератор стабильной амплитуды и частоты, два выпрямителя напряжений противоположного знака и последовательно соединенные усилитель напряжения постоянного тока и показывающий прибор, при этом выход выпрямителей соединен с входом усилителя напряжения постоянного тока, введены инвертирующий повторитель и инвертирующий усилитель напряжений переменного тока, вход повторителя соединен с выходом ге" нератора, вход инвертирующего усилителя соединен с выходом повторителя и со средним выводом дифференциального индуктивного датчика, крайние выводы которого соединены соответственно с нулевой шиной питания и с выходом генератора, а вход выпрямителей соединен соответственно с выходом инвертирующего повторителя и инвертирующего усилителя.

На фиг. 1 приведена схема устройства для измерения линейных размеров, на фиг. 2 - схема устройства для измерения линейных размеров, в котором применен недифференциальный индуктивный датчик с переменным воздушным зазором.

Устройство содержит индуктивный дифференциальный датчик 1, подвижное звено 2 которого связано с измеряемым обьектом 3, генератор 4 для питания датчика 1, инвертирующий повторитель

5 и инвертирующий усилитель 6, которые выполнены на операционных усили" телях, выпрямите IH 7 и 8 напряжений проти воположного знака, выполненные по схеме удвоения выпрямленного напряжения, усилитель 9 .напряжения постоянного тока, который выполнен на операционном усилителе, и показывающий прибор 10 °

Генератор 4 соединен выходом с крайними выводами дифференциального датчика 1, вход повторителя 5 соединен через резистор 11 с выходом генератора и выход с входом выпрямителя

7, вход усилителя 6 соединен .через резистор 12 со средним выводом дат" чика 1 и через резистор 13 с выходо

5 е

173 повторителя 5 и выход с входом выпрямителя 8.

Такое соединение лает возможность получения второго плеча мостовой схемы, с которой осуществляется компенсация напряженного генератора на вход усилителя, усиливающего сигнал датчика.

Вход усилителя 10 соединен через резисторы 14 и 15 с выходом выпрямителей 7 и 8 и через резистор 16 с переменным резистором 17,который предназначен для смещения показаний при- бора 10. Напряжение генератора должно быть примерно 4 В, частота 1015 кГЦ.

Сопротивление рзеисторов 14 и 15 и коэффициент передачи выпрямителей

7 и 8 должны быть одинаковы. Коэффициент усиления напряжения с выхода выпрямителей усилителем 9 должен быть два. Выпрямители 7 и 8, выполненные по схеме удвоения выпрямленного напряжения, будут иметь коэффициент передачи около двух.

Если необходимо . усилить. сигнал со

2155 8

20 соединен вход усилителя 6 через резистор 12. ЭтоТ недифференциальный датчик, выполненный на броневом сердечнике Б18, имеет линейность характеристики преобразования с отклонением не более 2 до величины воздушного зазора 1,2 мм. При этом воздушном зазоре величина .падения напряжения на реактивном сопротивлении индуктивного датчика будет в два раза больше. напряжения генератора, а на реактивном сопротивлении конденсатора будет равно напряжению генератора .

При воздушном зазоре датчика около нуля падение напряжения. на.реактивном сопрот ивлении индуктивного датчика будет равно напряжению генератора, а на реактивном сопротивлении конденсатора. около нуля. Так как чувствительность такого недифференциального датчика значительно выше чем у дифференциального при

g$ одинаковом напряжении питания, то коэффициент усиления 6 должен быть не более 2. Сопротивление резистора

30 среднего вывода датчика в 200 раз, то усилитель 6 должен будет иметь коэффициент усиления 50 для сигнала, поступающего через резистор 12. Ре-. зистор 13 должен иметь такую величину сопротивления, чтобы при среднем положении подвижного звена датчика напряжение на выходе усилителя 6 было равно напряжению на выходе повторителя 5. Из этого следует, что в таком случае сопротивление резистора 13 должно быть больше сопро-

50. тивления резистора 12 в - --" раз.

25+1

Индуктивный недифференциальный датчик с переменным воздушным зазором (фиг.2), состоит из броневого ферромагнитного сердечника 18 с об" моткой и из дискового ярма 19. Ярмо

19 является подвижным звеном датчика и связано с измеряемым объектом.3.

Индуктивный недифференциальный датчик соединен с выходом генератора

4 через конденсатор 20, реактивное сопротивление которого для обеспечения линейной характеристики преобразования должно быть равно реактив" ному сопротивлению индуктивного датчика при полностью отведенном подвижном ярме 19.

С точкой соединения выво)1а обмотки индуктивности 18 и конденсатора 12 в этом сл чае олжно быт т у д ь акои величины, чтобы при средней величине воздушного зазор в недифференциальном датчике 0,6 мм напряжение на выходе усилителя 6 было равно напряжению на выходе повторителя 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом, Индуктивный дифференциальный датчик (фиг.1) служит делителем напряжения генератора 4, При среднем положении подвижного звена 2 датчика напряжение на среднем выводе датчика будет в 2 раза меньше напряжения генератора. Ток этого напряжения поступает через резистор 12 на инвертирующий вход усилителя 6, куда поступает через резистор 13 ток напряжения с выхода повторителя 5 с противоположной фазой. Таким образом, усилитель 6 будет усиливать малой величины разность двух больших напряжений, одно из которых будет изменяться на малую величину г пропорционально смещению подвижного звена индуктивного датчика.

При среднем положении подвижного звена датчика напряжения на выходе . выпрямителей 7 и 8 будут равны и противоположны по знаку и при среднем положении движка переменного ре9 173 зистора 17 показания прибора 10 будут равны нулю.

Смещение подвижного звена индуктивного датчика в ту или иную сторону в зависимости от изменения размера измеряемого объекта приведет к изменению напряжения на выходе выпрямителя о и к пропорциональному изменению показаний прибора 10.

Так как сопротивление резисторов

14 и 15 на входе усилителя 10 и коэффициент передачи выпрямителей 7 и 8 одинаковы, то -при среднем положении подвижного звена индуктивного датчика и среднем положении движка переменного резистора 17 показания прибора 10 не будут изменяться, как и в мостовой схеме включения дифференциального датчика при изменении напряжения генератора или изменении температуры .окружающей среды.

Дрейф сигнала на выходе усилителя 9 не будет больше чем в известных аналогах, так как усилителем 9 будет усилен только дрейф выпрямителей а

2 раза. Если же выпрямители будут выполнены по иной схеме, при ко торой они будут иметь гальва- ническую связь с выходами повторителя 5 и усилителя 6, то необходимо будет включить последовательно с резисторами 12 и 13 конденсаторы.

В этом случае коэффициент усиления усилителя 6 по постоянному току бу.-, дет равен единице и усилитель 10 усилит и дрейф напряжения смещения операционного усилителя в 2 раза, величина которого на выходе УПТ будет меньше, чем в прототипе, например, в 100 раз.

Достоинством предлагаемого устройства являются отсутствие в нем трудоемкого в изготовлении трансформа2155 10 тора, более простая схема при сохра-нении достоинств мостовой схемы, в нем может быть применен недифференциальный индуктивный датчик с переменным воздушным зазором, à по сравнению с известным. является работоспособным при безмостовой схеме и имеет на два порядка меньший уровень дрейфа усиленного сигнала индуктивного датчика, т.е. более высокую точность измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных размеров, содержащее индуктивный дифференциальный датчик линейных перемещений, генератор стабильной ампли2О туды и частоты, последовательно соединенные усилитель постоянного напряжения, вход которого соединен с выходами двух выпрямителей напряжения противоположных знаков, и показывающий прибор, подключенный другим входом к общей шине, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности измерения за счет уменьшения дрейфа сигнала датчика, в него введены повторитель и усилитель переменного напряжения, выходы которых подключены к входам соответствующих выпрямителей напряжений противоположных знаков, а инвертирующие входы соединены соответственно с выходом генератора стабильной амплитуды .и частоты и выходом повторителя, подключенным к среднему выводу индуктивного дифференциального датчика линейных перемещений, крайние выводы которого соединены соответственно с выходом генератора стабильной амплитуды и частоты и с общей шиной;

1132155

Составитель В.Иатросов

Техред М.Дидыс

Корректор А. Обруча р

Редактор .И.Янкович

Заказ 1574 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного «омитета ао изобретениям и открытиям ври ГКНТ СССР

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

Производственно-нздателъс«ий комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Устройство для измерения линейных размеров Устройство для измерения линейных размеров Устройство для измерения линейных размеров Устройство для измерения линейных размеров Устройство для измерения линейных размеров Устройство для измерения линейных размеров 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике автоматического контроля и регулирования и может быть использовано в системах промышленной автоматики

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в приборах активного контроля, в измерительных системах контрольно-сортировочных автоматов , в системах адаптивного управления, использующих дифференциальные датчики, и позволяет расширить эксплуатационные возможности индуктивных датчиков за счет применения суммирующего усилителя

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам преобразования сигнала датчика положения

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля различных физических величин с помощью дифференциальных индуктивных датчиков (ДНД)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций вращающихся объектов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах активного контроля, в измерительных системах контрольносортировочных автоматов, в системах адаптивного управления, использующих индуктивные датчики

Изобретение относится к ириборостроению и может быть использовано для контроля подвижных элементов двухпозиционного регулирования

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных прецизионных преобразователях механических величин

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в ядерной и тепловой энергетике

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в устройствах промышленной автоматики

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован, в частности, в гидравлических системах летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных гидроцилиндров

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения угловых перемещений в авиационной технике, в том числе в различных цепях управления электротехнических, электромеханических устройств
Наверх