Устройство для измерения перемещений

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 848983

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 30.1078 (21) 2680748/18-28 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 230781 Бюллетень N927 (51)М. Кл 3

6 01 В 7/00

01 D з/20

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК б21. 317. .39з531,71(088.8) Дата опубликования описания 23п 781 (72) Авторы изобретения

f

i

Куйбышевский институт инженеров железнодо1зожнего»„ транспорта (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО,ЦЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности для преобразования перемещений .в электрический .сигнал.

Известны преобразователи в электрический сигнал, содержащее индуктивный датчик перемещений, включенный в мостовую схему измерений, и два мультивибратора, один из которых служит для питания мостовой схемы, а другой — для управления возбуждением транзисторов, включенных в плечи мостовой схемы (1).

Недостатком такого преобразователя является его невысокая точность, обусловленная влиянием изменений напряжения питания мультивибраторов и формы выходного сигнала в диагонали моста .на результат измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения перемещений, содержащее дифференциальный датчик перемещений, измерительный мост на четырех транзисторах, iso входной диагонали которого подключен дифференциальный датчик, мультивибратор стабилизированной частоты для питания измерительного моста и воэбуждения базовых цепей транзисторов моста, двусторонний транзисторный ключ и второй мультивибратор для возбуждения транзисторного ключа

Недостатком известного устройства является ограниченная точность и быстродействие, обусловленные тем, что вышеуказанные мультивибраторы, связанные с измерительным мостом, ра- ботают несинхронно. Вследствие этого среднее значение тока на выходе моста оказывается зависимым от нестабильности напряжения питания уст15 ройства, что понижает точность устройства, а появление -в спектре выходного тока частоты, равной разности частот обоих мультивибраторов, приводит к необходимости выбора перио21) да усреднения, превышающего период

° питающего мост напряжения, что ухудшает быстродействие устройства.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия устройства;

25 Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено резистором, подключенным последовательно с двусторонним транзисторным ключом ко входной диагонали измерительного моста, 30 второй мультивибратор снабжен синхронизирующей обмоткой, подключенной к выходу мультивибратора стабилизированной частоты, и двумя выходными обмотками, нключенными в базовые цепи двух транзисторов противоположных плеч измерительного моста, а мультивибратор стабилизированной частоты снабжен двумя дополнительными обмот,ками, включенными в базовые цепи обоИх транзисторов двустороннего клю-: г ча .

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства; на фиг. 2 . — временные диаграммы напряжений и токов в соответствующих элементах схемы.

Устройство содержит дифференциальный датчик 1 перемещений индуктивного типа, подключенный симметрично к входной диагонали 2-3 измерительного моста 4, выполненного на четырех транзисторах 5, 6, 7 и 8. Параллельно входной диагонали 2-3 измерительного Щ моста 4 подключены последовательно соединенные резистор 9 и двусторонний транзисторный ключ 10, выполненный на транзисторах 11 и 12. Питание измерительного моста 4 осуществляется от мультинибратора 13 стабилизированной частоты через обмотки 14 и 15 трансформатора 16, другие выходные обмотки 17, 18, 19 и 20 которого включены в базовые цепи транзисторов

5-8 измерительного моста 4, а обглотки 21 и 22 — и базовые цепи тразисторов 11 и 12 двустороннего ключа 10.

В базовую цепь одного из транзисторов 12 двустороннего ключа включена также обмотка 23 трансформатора 24, через который обеспечивается возбуждение этого транзистора двустороннего ключа 10 от второго мультивибратора 25. Этот мультивибратор синхронизован с помощью обмотки 26, размещен- 4() ной на трансформаторе 16, с выходом мультинибратора 13 стабилизированной частоты и снабжен двумя выходными обмотками 27 и 28, размещенными на трансформаторе 24 и включенными в базовые цепи двух транзисторов 6 и 7 противоположных плеч измерительного моста 4. Выходной сигнал устройстна снимается с резистора 29, подключенного к выходной диагонали 30-31 измерительного моста 4. Оба мульти- вибратора питаются от источника 32 входного напряжения Е постоянного тока.

Устройство работает следующим образом. 55

При возбуждении мультивибратора

13 стабилизированной частоты от источника 32 входного напряжения постоянного =ока, íà его выходе генерируется симметричное напряжение

U<9„ (фиг. 2а) прямоугольной формы, стабилизированное по частоте f=l/2 i, гдето: — полупериод колебаний напряжейия U . Это напряжение питает обмотки дифференциального индуктивного датчика 1 перемещений, подвижный зле)гент которого связывается в процессе измерения с контролируемым объектом, и нходную диагональ 2-3 измерительного моста 4.

За счет попарно-противофазного включения транзисторон 5-8 моста 4, поочередно попарно возбуждаемых напряжениями на обмотках 17-20 в их базовых цепях, через резистор 29, включенный в выходную диагональ моста, протекает ток 0 (фиг. 2г), среднее значение которого 3 пропорциональ29 ср но перемещению 6 подвижного элемента индуктивного датчика 1. Однако, оно зависит также и от амплитуды приложенного напряжения U, т.е. от величины входного напряжения Е постоянного тока, а следовательно, и от его нестабильности.

Устранение влияния нестабильности входного напряжения Е постоянного тока осуществляется в данном устройстве путем открытия днустороннего транзисторного ключа 10, подключающего резистор 9 параллельно входной диагонали 2-3 измерительного моста в течение части нечетных полупериодон питающего мост напряжения U

При этом в течение той.же части нечетных полупериодов питающего напряжения соответствующая пара транзисторов измерительного моста запирается, вследствие этого ток Э в нагрузочном резисторе 29 измерительного моста уменьшается до нуля в течение той же части нечетных полупериодов, а его среднее значение за нечетные полупериоды (I, III, У и т.д.) .питающего напряжения уменьшается по сравнению со средним значением за четные полупериоды (II, IY, МХ и т.д.) питающего напряжения U, (фиг.

2г) .

Для обеспечения этого сердечник трансформатора 24 мультивибратора

25, возбуждение которого осуществляется от того же нестабильного источника входного напряжения Е, выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, периодически насыщающего до значений + В индукции насыщения синхронно с йзменениями полярности генерируемого им напряжения U которое, вследствие этого, имеет ступенчатую форму (фиг.2б).

Частота f, т.е. период, этого напряжения определяется частотой колебаний напряжения U мультивибратора 13 (благодаря наличию обмотки

46 синхронизации), а длительность ступеньки находится в обратной пропорциональной зависимости от амплитуды входного напряжения Е постоянного тока; питающего оба мультивибратора. В интервале (ь„ — ) насыщения сердечника напряжения U = О.

Благодаря введению вйходных обмоток обоих мультинибраторов в базовые

848983 цепи транзисторов 5-8 измерительного моста и 11-12 двустороннего ключа, соответствующего выбору числа витков в них и полярности их включения, обеспечивается несимметричная рабо- . та плечей измерительного моста в четные и нечетные полупериоды питающего напряжения.

По истечении интервала < времени происходит насыщение сердечника трансформатора 24 н, как следствие, уменьшение до нуля напряжения U на выходе мультивибратора 25. Благодаря этому в оставшуюся часть (4>

-ь, ) нечетных полупериодов питающего напряжения происходит открытие транзисторного ключа 10 (транзистор 11 15 открыт напряжением на обмотке 21 в течение всего нечетного полупериода, а транзистор 12 открывается напря- жением на обмотке 22, за счет пропа- дания напряжения на обмотке 23, в Щ течение интервала (— ь ) нечетных полупериодов); В результате ток 3< ответвляется в параллельный контур, протекая через резистор 9 (фиг. 2д).

Таким образом, при изменениях входного напряжения Е изменяется не только амплитуда и в нагрузочном резисторе 29 на выходе измерительного моста. в четные полупериоды питающего напряжения, но и длительность прохождения этого тока через данный резистор в нечетные полупериоды питающего напряжения. В связи с этим компенсируется нестабильность входного напряжения Е на результат измерения перемещения, т.е. повы- З . шается точность устройства.

При выборе величины резистора 9 равной. величине резистора 29 сохраняется форма тока на входе измерительного моста. Благодаря синхрони- 4О зации работы обоих мультивибраторов обеспечивается синхронное переключение транзисторов измерительного моста и двустороннего транзисторного ключа, вследствие этого исключает45 ся составляющая разностной частоты в токе нагрузки на выходе моста и уменьшается длительность перехрдцых процессов при скачках напряжения Е и изменении других дестабилизирующих факторов, что обуславливает повышение точности и быстродействия устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее дифференциальный датчик перемещений, измерительный мост на четырех транзисторах, ко входной диагонали которого подключен дифференциальный датчик, мультивибратор стабилизированной частоты для питания измерительного моста и возбуждения базовых цепей транзисторов моста, двусторонний транзисторный ключ и второй мультивибратор цля возбуждения транзисторного ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, устройство снабжено резистором, подключенным последовательно,с двусторонним транзисторным ключом ко входной диагонали измерительного моста, второй мультивибратор снабжен синхрониэирующей обмоткой, подключенной к выходу мультивибратора стабилизированной частоты, и двумя выходными обмотками, включенными в базовые цепи двух транзисторов противоположных плеч измерительного моста, а мультивибратор стабилизированной частоты снабжен двумя дополнительными обмотками, включенными в базовые цели обоих транзисторов двустороннего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 465547, кл. G 01 D 5/22, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 446890, кл. G 01 В 7/00, 1972 .(прототип).