Устройство для измерения перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям угловых и линейных перемещений механических величин. Цель изобретения повышение точности измерения путем компенсации температурной погрешности. Устройство содержит дифференциально-трансформаторный датчик с обмоткой возбуждения и двумя сигнальными обмотками, генератор переменного напряжения, выпрямитель и регистрирующий прибор. Особенность устройства заключается этом, что сигнальная обмотка датчика подключена к инвертирующему входу, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключен выход генератора переменного напряжения, выход усилителя подключен к обмотке возбуждения датчика. Кроме того, сигнальные обмотки датчика через суммирующие резисторы подключены к входу измерительного выпрямителя. 1 ил.

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля различных технологических параметров с датчиками линейного и углового перемещения. Цель изобретения повышение точности измерения. На чертеже показана электрическая схема предлагаемого устройства для измерения перемещения. Устройство содержит дифференциальный первичный транформаторный преобразователь 1, включающий элемент возбуждения обмотка 2 возбуждения трансформаторного преобразователя, два дифференциально включенных измерительных элемента сигнальные обмотки 3 и 4 трансформаторного преобразователя и ферромагнитный сердечник 5, источник питания переменного напряжения, блок 6 измерения, блок 7 обратной связи, включенный между измерительными элементами обмотками 3 и 4 и обмоткой 2 возбуждения дифференциального преобразователя 1. Блок 7 обратной связи выполнен в виде операционного усилителя, один, например, инвертирующий вход которого соединен с одной из сигнальных обмоток, а другой, например, прямой вход с выходом источника переменного напряжения. Блок измерения выполнен в виде выпрямителя на операционном усилителе 8, прямой вход которого подключен через суммирующие резисторы 9 и 10 к концам сигнальных обмоток 3 и 4, а инвертирующий вход к цепи отрицательной обратной связи, состоящей из масштабных резисторов 11 и 12 и выпрямительных диодов 13 и 14. Выход устройства подключен к регистрирующему прибору 15. Работает устройство следующим образом. На прямой вход усилителя 7 подают напряжение U_r заданной амплитуды и частоты от источника питания переменного напряжения. После усиления это напряжение поступает к обмотке 2 возбуждения трансформаторного преобразователя 1. В сигнальных обмотках 3 и 4 индуктируются противофазные напряжения U₃ и U₄ соответственно той же частоты. Напряжение U₃ сигнальной обмотки 3 сравнивается с заданным напряжением U_r. Сигнал рассогласования является входным сигналом операционного усилителя. Изменение сигнала рассогласования приводит к соответствующему изменению напряжения на обмотке 2 возбуждения и к одновременному изменению напряжений U₃ и U₄. Отсюда, при достаточно большом коэффициенте усиления напряжения U₃ и U₄ будут автоматически поддерживаться согласно заданному напряжению U_r. При этом температурные изменения сопротивлений обмоток и проводов будут скомпенсированы за счет большого коэффициента усиления. Фактически, образованный замкнутый контур представляет собой следящую систему автоматического регулирования непрерывного действия, в которой при стабильной амплитуде напряжения U_r источника питания переменного напряжения будут стабилизироваться амплитуды напряжений U₃ и U₄. При сравнительно больших сопротивлениях резисторов 9 и 10 индуктивностями обмоток 3 и 4 можно пренебречь. Тогда с учетом Т-образной трансформаторной схемы замещения преобразователя 1 данная коменсационная система приводится к системе регулирования первого порядка. Из теории автоматического регулирования известно, что усточивость непрерывных систем даже второго порядка не зависит от коэффициента усиления. Отсюда, предлагаемая система будет всегда устойчивой. Для обеспечения ее работоспособности достаточно обеспечить отрицательную обратную связь с учетом фаз обмоток. Для получения информации о положении сердечника 5 суммируют с помощью резисторов 9 и 1О напряжение сигнальных обмоток 3 и 4 и по полученной сумме определяют величину перемещения. При нахождении сердечника в середине напряжения обмотки 3 и 4 по амплитуде будут равны между собой, но противоположны по фазе. Поэтому их сумма будет равна нулю. При смещении сердечника произойдет изменение амплитуды напряжения U₄. В результате на общей точке резисторов 9 и 10 появится сигнал, величина которого будет определять величину перемещения сердечника. Последний сигнал обычно имеет величину порядка 1О-100 мВ. Поэтому для его измерения предназначен однополупериодный выпрямитель, выполненный на операционном усилителе 8. Сигнал отрицательной полярности на выходе усилителя 8 с помощью диода 13 замыкается на инвертирующий вход. Сигнал положительной полярности проходит через диод 14 к регистрирующему прибору 15. Коэффициент передачи выпрямителя выбирается масштабными резисторами 11 и 12. Так как в предлагаемом измерительном устройстве исключаются влияния температурных изменений сопротивлений обмоток датчика, то, следовательно, это приводит к повышению точности измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее дифференциальный первичный преобразователь, включающий элемент возбуждения и два дифференциально включенных измерительных элемента, источник питания переменного напряжения, блок измерения, подключенный к выходам измерительных элементов, блок обратной связи, включенный между измерительными элементами и элементом возбуждения дифференциального первичного преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, дифференциальный преобразователь выполнен трансформаторным, элементом возбуждения является обмотка возбуждения трансформаторного преобразователя, измерительными элементами сигнальные обмотки трансформаторного преобразователя, блок обратной связи выполнен в виде операционного усилителя, один вход которого соединен с одной из сигнальных обмоток, а другой вход с выходом источника переменного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---