Устройство для измерения линейных перемещений

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и) 748 1 22 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 211077 (21) 2536040/18-28 (51)М. Кл.

G 01 В 7/00

G D 5/24 с присоединением заявки Мо

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет.

Опубликовано 150780. Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 180780 (53) УДК 621. 317. 39::531.14(088.8) (72) Авторы изобретения

Е. П. Осадчий, Б.A. Малев, А, Н. Николаев и В. И. Гончар (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЬИ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Устройство относится к контрольноизмерительной технике и может быть использов ано, в частности для измерения и контроля линейных перемещений подвижных объектов .

Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее дв а идентичных (основной и дополнительный) преобраэов ателя, помещенных в одинаковые эксплоатационные условия и питающихся от общего источника напряжения переменного тока (1), Это устройство содержит также блок коррекции, на входы которого подаются сигналы обоих преобразователей и в котором осуществляется деление указанных сигналов с целью исключения погрешностей, обусловленных изменением внешних условий работы (температуры и колебаний напряжения питания), вследствие чего выходной сигнал устройства зависит практически лишь от контролируемого перемещения.

Однако вследствие некоторой неидентичности условий, в которых находятся измерительные системы преобразователей иэ-за значительного зазора между ними, различного характера связи основного и дополнительного преобразов ателей с перемещающимся объектом (дополнительный не связан с ним), а также иэ-за некоторой неидентичности коэффициентов передачи обоих преобразователей, возникающей в процессе их изготовления,.точность измерения перемещений известного устройства недостаточна, особенно в условиях значительных перепадов температур и изменений других дестабилизирующих факторов (напряжения питания).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения линейных перемещений (2), содержащее дифференциальный преобразователь перемещения (емкостного типа), управляемый источник питания преобразователя и измерительную схему для выделения разностного сигнала, подключенную к выходным зажимам преобразователя, блок сравнения, эталонный генератор, подключенный к одному из входов блока сравнения, ко второму входу которого подключен выход измерительной схемы, а выход блока сравнения подключен к управляющему входу источника питания, блок индикации перемещений, подключенный ко второму выходу измерительной системы, 748122 на котором формируется разностный сигнал обеих дифференциальных секций преобразов ателя, несущий информацию о контролируемом перемещении.

Благодаря охвату преобразователя контуром отрицательной обратной связи обеспечивается стабилизация входного тока питания преобразователя, а благодаря этому — независимость резуультата измерения от колебаний напряжения и частоты источника питания и изменений других дестабилизирующих факторов, например диэлектрической проницаемости среды.

Однако точность измерения перемещений этим устройством ограничена нестабильностью коэффициента передачи выходной характеристики дифференциального преобразователя при значительных изменениях внешних условий работы (главным образом температуры).

Целью изобретения является повышение точности при изменении внешних условий работы.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом устройстве дифференциальный преобразователь перемещения выполнен трансформаторным, его измерительная обмотка состоит из двух идентичных, включенных встречно через регулируемый резистор е заземленным подвижным контактом, дифференциальных секций с линейно изменяющимся вдоль пути перемещения контролируемого объекта числом витков в кажцой, противоположные выводы обеих секций подключены к выходным зажимам преобразо-. вателя, блок индикации подключен между одним из выходных зажимов и общей шиной заземления, а дифференциальные секции измерительной обмотки смещены одна относительно другой на величину

0<5L< 0,5 L где d — - коэффициент смещения секций;

I — длина одной дифференциальной секции измерительной обмотки, выраженная в единицах перемещения.

На фиг. 1 схематически изображена одна дифференциальная секция измерительной обмотки; на фиг. 2 — блоксхема устройства.

УстРойство содержит дифференциально-трансформаторный преобразователь 1 перемещения, обмотка 2 возбуждения которого подключена к выходу управляемого источника 3 питания, а подвижн@й сердечник 4, на котором размещена эта обмотка, связывается с контролируемым объектом. Измерительная обмотка состоит из двух дифференциальных секций 5-5 и 6-6, соединенных встречно через резистор 7, подвижный контакт которого подсоединен к общей шине 8 заземления. Противоположные выводы обеих секций подключены к выходным зажимам 9 и 10 преобразователя.

Блок индикации (на чертеже не показан) подключен между выходным зажимом 10 и общей шиной 8 заземления.

Выходные зажимы 9 и 10 преобразователя присоединены к входам измерительной схемы 11, к выходу которой подключен выпрямитель 12. В блоке 13 .сравнения сравниваются сигналы, снимаемые с выхода выпрямителя и эталонного генератора 14. Выход блока сравнения подключен к управляющему входу источника питания, вследствие чего преобразователь оказывается охваченным контуром стабилизирующей отрицательной обратной связи.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении сердечника 4 с на35 мотанной на нем обмоткой 2 возбуждения, создающей поток Ф возбуждения, в дефференциальных сек 1йях 5-5 и 6-6 измерительной обмотки индуцируются напряжения U5 5 и U6, пропорцио2О нальные разности пронизываемых пото.ком возбуждения чисел витков, сооТветствующих половине дифференциальных секций обмотки. Эти напряжения, соотв етс твенно, равны

25 U>>i = -2 Wy (Х+ Ы. ), (1) с(ср

"Ф где W>>Ä =

=W =W, — удельные числа витков

30 ql у9 ме те ьной (2), 4О в секциях иэ ри л обмотки, одинаковые для обеих секций, так как они выполнены идентично;

Х вЂ” измеряемое перемещение;

35 Й Ь вЂ” относительное смещение дифференциальных секций, выраженное в единицах перемещения;

S — коэффициент передачи преобразователя, определяющий угол наклона его выходной статической характерис тики.

Величина относительного смещения

i5L секций выбирается в диапазоне от

0 до О, 5 L иэ соображений получения оптимального соотношения между погрешностью измерения и диапазоном измеряемого перемещения, которые уменьшаются с увеличением . Нижние значения коэффициента< смещения ограничены конечным значением порога чувствительности контура стабилизирующей отрицательной обратной связи. Коэффициент р смещения постоянен для данного

55 преобразователя и представляет собой отношение разности числа пронизываемых потоком возбуждения витков соответствующих половин обеих дифференциальных секций измерительной обмотg0Iки к общему числу витков, пронизываемых потоком возбуждения, сбеих половин какой-либо одной иэ секций, т.е.

И) -(.0 и -ш т,»»».» ж,» il »

65 т, + z, г + и

7481 22 где W ë число пронизываемых потоком возбуждения витков одной половины первой дифференциальной секции измерительной обмотки; число пронизываемых потоком возбуждения витков со-. ответствующей одной половины второй дифференциальной секции; число пронизываемьж пото- 1О ком возбуждения витков другой половины первой дифференциальной секции; число пронизываемых потоком возбуждения витков другой половины второй дифференциальной секции.

7. л

25

Формула изобретения

Напряжения U (и Йа q подаются на разные входы измерительной схемы 11, которая выделяет разностный сигнал, рав ный с(Ф„

П5-з(П6 6 — 2 (. Х (6 Ь (3) Отсюда следует, что заданная стабильность коэффициента S передачи преобразователя может быть обеспечена путем подцержания постоянс тв а разности

5-5 б-

Поскольку W >= const благодаря тому, что обе половины каждой дифференциальной секции с линейно изменяющимся числом витков на единицу длины расположены одна над другой так, что общее число витков на единицу длины обеих половин каждой секции неизменно, то в условиях значительного перепада температуры внешней окружающей среды, действия внешних магнитных полей и других дестабилизирующих воздействий нестабильным параметром ока.зывается потоксР, возбуждения преобразователя. Именно он определяет нестабильность коэффициента S передачи преобраэов ателя, а следовательно, и напряжения Пб <(, измеряемого блоком индикации перемещений, а также и разностью напряжений (U — Uz< (), выделяемого измерительной схемой 11 (3) .

Поддержание указанного разностного напряжения неизменным обеспечивается с помощью з амк н уто ro контура стабилизирующей отрицательной обратной связи, охватывающей преобразователь. Этот контур содержит измерительную схему для вьщеления разностного напряжения обеих секций, выпрямитель и блок сравнения этого разностного напряжения с опорным напряжением эталонного генератора. Результат сравнения используется для управления источником питания преобразователя, который может быть выполнен, например, в виде регулируемого источ35

65 ника, напряжения, изменяющего (под воздействием управляющего сигнала) ток Эь в обмотке возбуждения преобразователя, т.е. магнитный поток(Р, так, чтобы разностное напряжение ((1 6 — U6 6 ) было постоянным при действии различных дестабилизирующих

Факторов .

С помощью регулируемого резистора 7 компенсируется некоторая неидентичность секций измерительной обмотки преобразователя, возникающая в процессе их изготовления.

Регулировкой этого резистора добиваются получения неизменного эначения раэностного напряжения (U< 5 6 z ) в крайних точках диапазона контролируемого перемещения.

Таким образом, путем поддержания постоянства коэффициента передачи преобразователя перемещения (угла наклона выходной статической характеристики) достигается повышение точности измерения перемещений в усло-. виях больших изменений внешних условий (температуры окружающей среды, напряжения возбуждения источника питания преобразователя, внешних магнитных полей и т.д.).

Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее дифференциальный преобразователь перемещения, управляемый источник питания преобразов ателя, измерительную схему для выделения раэностного сигнала, подключенную к выходным зажимам,преобразователя, блок сравнения, эталонный генератор, подключенный к одному из входов блока сравнения, ко второму входу которого подключен выход измерительной схемы, а вьвсод блока сравненйя пОдключен к управляющему входу источника питания, и блок индикации перемещений, о т л и ч а ю — щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при изменении внешних условий работы, дифференциальный преобразователь перемещения выполнен трансформаторным, его измерительная обмотка состоит из двух идентичных, включенных встречно через регулируемый резистор с заземленным подвижным контактом, дифференциальных секций е линейно изменяющимся вдоль пути перемещения контролируемого объекта числом витков в каждой, противоположные выводы обеих секций подключены к выходным зажимам преобразователя, блок индикации подключен между одним иэ выходных зажимов и общей шиной заземления, а дифференциальные секции измерительной обмотки смещены одна относительно другой на величину

0(б L(0,5 L p

748122

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиа2

Составитель С. Скрыпник

Редактор М. Батанова Техред. Л. Теслюк Корректор Ю. Макаренко

Тирах 801 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4219/26

Филиал Патент, г. Укгород, ул. Проектная, 4.где С5 — коэффициент смещения секций;

Ь вЂ” длина одной дифференциальной секции измерительной обмотки, вырахенная в единицах пере мещения.

1. Ноткин Ю.A. Христолюбов В.A.

Устройство коррекции сигналов дифференциально-трансформаторных датчиков. Приборы и системы управления, В 6, 1976, с. 25.

2. Авторское свидетельство СССР

9 329386, кл. G 01 D 5/24, 1969, (прототип) .