Способ измерения перемещений

 

Известен способ измерения перемещений путем измерения перемещения штока, контактирующего с элементом электрической цепи, и измерения электрического сигнала электрической цепи. Элемент электрической цепи в виде биметаллической пластины прогревают и прогибают за счет протекания через него электрического тока до тех пор, пока не наступит размыкание биметаллической пластины и штока и прерывание электрического тока, после чего зазор между биметаллической пластиной и штоком уменьшают за счет остывания биметаллической пластины до момента контакта биметаллической пластины и штока и регистрируют частоту прогиба биметаллической пластины по частоте прерывания электрического тока, а значение перемещения регистрируют по изменению частоты колебаний пластины. Технический результат: обеспечение частотного выходного сигнала при отсутствии источников питания высокой частоты. 1 ил.

Предложенное техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении линейных перемещений поверхностей твердых тел, отклонений размеров от заданных значений и т.д.

Известен способ измерения перемещений путем перемещения контакта по поверхности электрического сопротивления и измерения значения электрического сопротивления между подвижным контактом и одним из неподвижных контактов электрического сопротивления [1].

Недостатком такого метода является большая погрешность измерений из-за наличия переходного сопротивления в месте контакта.

Известен способ измерения перемещений путем перемещения штока и преобразования длинных перемещений во вращательное движение стрелки [2].

Недостатком данного метода является инерционность измерения, связанная с необходимостью преодолевать силы трения в трущихся и вращательных механических парах.

В качестве прототипа выбран способ измерения перемещений путем измерения перемещения штока, контактирующего с элементом электрической цепи, и измерения электрического сигнала [3] электрической цепи.

Недостатком данного способа измерения перемещений является наличие аналогового выходного сигнала, затрудняющего обработку информации по перемещению на ЭВМ и необходимость использовать высокочастотные источники питания, что усложняет измерительную схему измерения.

Целью изобретения является обеспечение выходного частотного сигнала при отсутствии источников питания высокой частоты.

Данная цель достигается за счет того, что в способе измерения перемещения путем измерения перемещения штока, контактирующего с элементом электрической цепи, и измерения электрического сигнала электрической цепи, элемент электрической цепи в виде биметаллической пластины прогревают и прогибают за счет протекания через него электрического тока до тех пор, пока не наступит размыкание биметаллической пластины и штока и прерывание электрического тока, после чего зазор между биметаллической пластиной и штоком уменьшают за счет остывания биметаллической пластины до момента контакта биметаллической пластины и штока и регистрируют частоту прогиба биметаллической пластины по частоте прерывания электрического тока, а значение перемещения регистрируют по изменению частоты колебаний пластины.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующего предложенный способ измерения.

Элемент электрической схемы в виде биметаллической пластины 1 закреплен неподвижно одним концом в основании 2, а другим концом контактирует с штоком 3, закрепленным в направляющих 4. Биметаллическая пластина 1 и шток 3 соединены с входом источника питания 5.

Работа устройства, реализующего предложенный способ измерения перемещений, осуществляется следующим образом.

При подключении электрической цепи в виде биметаллической пластины 1 и штока 3 к источнику питания 5 через биметаллическую пластину 1 протекает электрический ток, который нагревает биметаллическую пластину 1. Биметаллическая пластина при нагреве прогибается и размыкает свой контакт с штоком 3. Это приводит к прекращению протекания тока через биметаллическую пластину и ее остыванию. При остывании происходит уменьшение прогиба биметаллической пластины до момента замыкания пластины с штоком и возобновления протекания тока через биметаллическую пластину 1.

При этом цикл разогрева пластины до размыкания ее контакта с штоком 3 повторяется.

Частота замыкания и размыкания пластины 1 с штоком 3 при неизменных условиях теплообмена пластины с окружающей средой и времени разогрева определяется временем остывания пластины от температуры нагрева Т_н до температуры Т_к, при которой будет происходить контакт пластины с штоком 3.

Перемещение штока 3 изменяет температуру Т_к (угол прогиба α) пластины, при котором возникает контакт пластины с штоком и возобновляется подача тока через пластину. Другими словами, изменяется перепад температур Т_н-Т_к=ΔТ при изменении перемещении штока 3, пластины, а следовательно, и время, необходимое для остывания с температуры Т_н до температуры Т_к.

Значение перемещений штока 3 регистрируется по изменению частоты колебаний пластины (по частоте коммутации электрического тока через пластину).

Таким образом, предложенный способ измерения перемещения позволяет однозначно по частоте колебаний биметаллической пластины судить о величине перемещения штока. При этом частотный выходной сигнал достигается без использования генераторов частотных колебаний источников питания, т.к. при рассматриваемом способе измерений перемещений генератором является сама измерительная система.

Это упрощает конструкцию измерительных схем, снижает их стоимость, сложность, повышает надежность.

Техническая реализация способа измерений перемещений требует применение известных технических средств и технологий реализации отдельных операций.

Ориентировочные сроки внедрения предложенного способа измерений перемещений 1-2 месяца.

Имеются аналитические и экспериментальны результаты, позволяющие обоснованно выбирать параметры и режимы работы технических устройств, реализующих предложенный способ измерения перемещений.

Источники информации 1. Браславский Д. А., Логунов С.С., Пельпор Д.С. Авиационные приборы и автоматы. - М.: Машиностроение, 1978.-166с.

2. Справочник металлиста. Под ред. М.П. Новикова и П.Н. Орлова. - М.: Машиностроение, том 4, с. 623.

3. Приборы и средства автоматики. Справочник. Том.2, Книга 2. Под ред. С.С. Щедровского. - М.: Машиностроение, 1964.-116с.- прототип.

Формула изобретения

Способ измерения перемещений путем измерения перемещения штока, контактирующего с элементом электрической цепи, и измерения электрического сигнала электрической цепи, отличающийся тем, что элемент электрической цепи в виде биметаллической пластины прогревают и прогибают за счет протекания через него электрического тока до тех пор, пока не наступит размыкание биметаллической пластины и штока и прерывание электрического тока, после чего зазор между биметаллической пластиной и штоком уменьшают за счет остывания биметаллической пластины до момента контакта биметаллической пластины и штока и регистрируют частоту прогиба биметаллической пластины по частоте прерывания электрического тока, а значение перемещения регистрируют по изменению частоты колебаний пластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1