Устройство для измерения линейных перемещений

 

О П И С А Н И Е 388289

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски»

Социалистически»

Республик

Зависимое от авт. свидетельства арче

Заявлено 18.Х11.197О (№ 1601778/18-24) с присоединением заявки 1че

Приоритет

Опубликовано 22.VI.1973, Бюллетень М 28

Дата опубликования описания З.Х.1973

M. Кл. С 08с 9/04

1томитет ло делам изобретений и открытий ори Совете ткннистров

СССР

УДК 531.71:531.14 (088.8) Г

Э. М. Бромберг, В. С. Гольдман и B. В. Мореи "

Авторы изобретения

Куйбышевский филиал Всесоюзного института по проектированито организации энергетического строительства «Оргэиергострой»

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Устройство относится к системам автоматического контроля и регулирования, Известны устройства для измерения линейных перемещений, содержащие ферромагнитный якорь, помещенный внутри немагнитного цилиндра, на котором расположены контурная и вспомогательные обмотки, причем контурная обмотка расположена между вспомогательными обмотками, подключенные через конденсаторы и диоды к блоку управления и к задающему контуру генератора, выход которого через преобразователь и блок вычитания подсоединен к регистратору.

Предлагаемое устройство отличается тем, что в нем н а одном конце немагнитного цилиндра установлены дополнительные контурная и вспомогательная обмотки, подключенные через конденсаторы и диоды к блоку управления и задающему контуру генератора.

Такое выполнение позволяет повысить точность работы устройства за счет снижения погрешности, вызванной дрейфом .нуля и нелинейностью характеристики.

На чертеже показана блок-схема устройства.

Она содержит; соленоидальный датчик 1 в виде немагнитного цилиндра, на котором расположены контурные 2 и 8 и вспомогательные

4, 5 и 6 обмотки, а внутри него размещен ферромагнитный якорь 7; конденсаторы 8; диоды

9 — 14; блок 15 управления; генератор 16 с самовозбуждением; преобразователь 17 частоты в число импульсов; блок 18 вычитания и регистратор 19.

Контурные 2 и 8 и вспомогательные 4, 5 и б

5 обмотки подключены через конденсаторы 8 н диоды 9 — 14 к задающему контуру генератора

16 с самовозбуждением.

Устройство работает следующим образом.

Индуктивность L датчика 1 изменяется под

10 воздействием входного перемещения, смещающего ферромагнитный якорь 7 относительно обмоток 2 — 5. Осуществляется преобразование

L= — q:t (х). На выходе генератора получается:

f=-ãð (1.). Некоторому т-му положению якоря

15 соответствуют скпределенные значения ипдуктивности L;, частоты j; и числа импульсов Л ; на выходе преобразователя 17. Обмотки 4 и

2, 5 и 8, 2 и 5, 8 и 6 в случае отсутствия якоря идентичны, так как каждая из них состоит нз

20 последовательно соединенных контурной II вспомогательной обмоток. В исходном положении, соответствующем среднему значеньпо измеряемого перемещения x=xp, якорь датчика симметрируется относительно обмоток 4 и 2, 25 5и 3.

Таким образом, при переключении этих обмоток в задающем контуре частота генератора

16 не меняется, оставаясь равной fo. При отклонении входного перемещения от начально30 го значения хо на величину хио в ту или иную

388289

N"

XHSM—

N" — N

55 является результатом первого такта измерения и соответствует измерению входного перемещения дифференциальным индуктивно-частотным датчиком, состоящим из последовательно соединенных идентичных обмоток

4 — 2и5 — 8.

Во втором такте блок управления открывает диод 12, обеспечивая тем самым подключение к генератору вь.вода, общего для обмоток 2 — 5

65 сторону симметрия якоря относительно обмоток 4 и 2, 5 и 8 нарушается. Принимается за положительное направление изменения х»„, относительно некоторой обмотки такое, при котором якорь выдвигается из этой обмотки, вследствие чего индуктивность ее возрастает, а частота генератора падает.

Характеристика ) (х) генератора с самовозбуждением при использовании индуктивных датчиков соленоидального типа с цилиндрическим ферритовым якорем может быть кусочноаппроксимирована зависимостями вида

f = «x + bi; f = — ; f = а,х + б,х+ с,, х где =1,2, ..., и.; а;, b,, c; — параметры функции преобразователя для i-го участка аппроксимации;

n — число участков аппроксимации.

Кусочно-параболическая аппроксимация является наиболее точной и позволяет максимально использовать рабочий диапазон преобразователя.

Нестабильность параметров а;, b;, с, при изменении внешних условий, в особенности температуры, а также от самопроизвольного временного дрейфа характеристик )первичных преобразователей — источник погрешностей устройства для измерения перемещений.

Для устранения влияния вариации указанных параметров на точность устройства измерение проводят в два такта.

В первом такте блок управления открывает диод 11 (в исходном состоянии все диоды заперты), обеспечивая тем самым подключение к генератору 1б вывода, общего для обмоток

4 — 2 и 5 — 3. При открытом диоде 11 проводят два последовательных измерения: сначала с открытым диодом 9, затем с открытым диодом

18. В первом случае в задающий контур генератора включаются обмотки 4 — 2, а во втором — обмотки 5 — 8. Частоты на выходе генератора равны соответственно f и f>. В преобразователе они преобразуются в соответствующие числа импульсов N и N,. При движении сердечника внутрь обмоток 5 — 8 имеем

N, = а, (х, — х„,„) + b, (х, — х„,„,) + с,, N, = а,. (х, + х„„) + b, (х, + х„„,) + с,.

Числа импульсов N> и У поступают в блок

18, где вычитаются, а результат вычитания запоминается. Полученн ая разность

N = lV, — lV, = 4а,х,х„,„+ 2б,х„эм =

= 2х„,„(2х, - a, + b;) 5

20 г5

ЗО и 8 — б. При открытом диоде 12 проводят два последовательных измерения: сначала с открытым диодом 10, затем с открытым диодом

14. При этом в первом случае в контур генератора включаются обмотки 2 — 5, во втором— обмотки 8 — б.

Такое переключение обмоток эквивалентно изменению в противоположных направлениях положения якоря относительно обмоток 4 2 и

5 — 8 на величину, соответствующую известному значению перемещения Л, равную длине вспомогательной обмотки.

Теперь частоты на выходе генератора равны соответственно fg и f4. В блоке 17 они преобразуются в соответствующие числа импульсов

Л З H Л 4.

lV, = а, (х, — х„,„+ Л) + b, (х, — х„,,„+ Л) + с,, N, = а, (х, + х„,„— Л) + b, (х,+х„„, — Л) + с, Числа импульсов N3 и У4 поступают в блок 18, где вычитаются, а,результат вычитания запоминается. Полученная разность

N" = N, — N, = 2 (х„„— Л) (2а,х, + b ) является результатом второго такта измерения и соответствует измерению входного перемещения дифференциальным индуктивно-частотным датчиком, содержащим последовательно соединенные идентичные обмотки 2 — 5 и 8 — б.

Решая совместно приведенные выражения, будем иметь

Этот алгоритм реализуется блоком вычитан ия. Длина вспомогательных обмоток выбирается такой, чтобы точки f> — f4 на характеристике (х) находились в пределах 1-го участка аппроксимации. В этом случае параметры а;, b;, c;=-const на участке (х +х»зм, xo — х»з. ).

Результат измерения фиксируется регистратором.

Конечный результат измерения не зависит от стабильности параметров а;, b;, с, функции преобразования. Точность измерения определяется только степенью идентичности обмоток, точностью величины Л и точностью ап проксимации рабочего участка характеристики преобразователя. Время измерения t»», выбирается намного меньше периода изменения входного перемещения. Поэтому с достаточной степенью точности режим измерения можно считать статическим, T. е.: x»q>>=const и Л1=1»зм

Предмет изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений, содержа цее ферромагнитный якорь, помещенный внутри немагнивного цилиндра, на котором расположены контурная и вспомогательные обмотки, причем контурная обмотка расположена между вспомогательными обмотками, подключен ные через конденсаторы

388289

Составитель В. Рыгалин

Корректоры: Л. Царькова и Л. Новожилова

Техред А. Камышникова

Редактор И. Грузова

Заказ 2711, 16 Изд. М 1707 Тираж 602 Подписное

Цг1ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 и диоды к блоку управления и к задающему контуру генератора, выход которого через преобразователь и блок вычитания подключен к регистратору, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в нем на одном конце немагнитного цилиндра установлены дополнител ьные контурная и вспомогательная обмотки, подключенные через конденсаторы и диоды к блоку управления и

5 задающему контуру генератора.