Устройство для измерения перемещений и температуры

 

Г. К. Скрипицын и В. С. Иванов ю

t

Куйбышевский филиал Всесоюзного института по проектированию.: организации энергетического строительства "Оргэнергострой" (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

И ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах и информационно- измерительных системах, предназначенных для совместных измерений линейных перемещений и температуры.

Известно устройство для измерения на основе индуктивных преобразователей перемещений, в котором имеется блок формирования аддитивного теста (1j.

Недостатками устройства являются сущест-. венная конструктивная избыточность и вследствие этого — низкая надежность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является комбинированное устройство для измерения перемещений и температуры, содержащее корпус, размещенные в нем; катушку индуктивности с отводом от половины витков, расположенный внутри нее подвижный сердечник, связываемый в процессе измерения с контролируе-.. мым объектом, термочувствительный элемент, подключенные к выводам катушки индуктивности и соединенные последовательно измерительный и вычислительный блоки и подключенный к ним блок управления. Помимо указанной катушки индуктивности с размещенным внутри нее подвижным сердечником имеются еще две дополнительные катушки индуктивности, подвижные сердечники которых установлены с заданным эталонным смещением относительно первого сердечника. Вы10 воды этих катушек присоединены ко входу измерительного блока через коммутатор. Термочувствительный элемент устройства выполнен в виде термочувствительных сердечников дополнительных катушек индуктивности, которые обладают коэффициентами линейного расширения противоположного знака (21.

Недостатками известного устройства являются малая точность, обусловленная возможной неидентичностью измерительных катушек э0 индуктивности, и низкая надежность, обусловленная его конструктивной сложностью, L

Цель изобретения — повышение точности и надежности устройства.

991141

+ х+е

Укаэанная цель достигается тем, что устройство для измерения перемещений и. температуры снабжено блоком нагрева-охлаждения термочувствительного элемента, выполненного в виде биметаллической пластины, которая расположена перпендикулярно к направлению перемещения сердечника, один конец пластины закреплен на корпусе, а другой шарнирно соединен с катушкой индуктивности, установленной с возможностью смещения в направлении перемещения сердечника, и расположен между двумя упорами, выполненными на корпусе.

На чертеже показано конструктивное выполнение устройства для измерения перемещений и температуры.

Оно содержит катушку 1 индуктивности с выводами 2 — 4, причем вывод 3 является отводом от половины ее витков. Подвижный ферромагнитный сердечник 5 расположен внутри катушки 1 индуктивности.

В корпусе 6 выполнены левый упор 7 и правый упор 8, между которыми расположен

„свободный конец биметаллической пластины 9, расположенной перпендикулярно к направлению перемещения Х сердечника 5. Противоположный конец биметаллической пластины

9 закреплен жестко на корпусе 6, а другой соединен шарнирно с подвижной в направлении Х катушкой 1 индуктивности. С биметаллической пластиной 9 связан блок 10 ее нагрева-охлаждения. К выводам 2 — 4 катушки 1 индуктивности подключен измеритель- . ный блок 11, а к его выходу — вычислительный блок 12. Блок 13 управления подключои к блоку 10 нагрева-охлаждения, измерительному блоку 11 и вычислительному блоку 12.

Полный цикл работы устройства состоит из шести последовательных тактов.

В первом такте с помощью блока 13 управления ко входу измерительного блока 1 подключаются выводы 2 и 3 катушки 1.

Электрический сигнал NI на выходе измерительного блока 11 пропорционален величине где Хо — начальное положение сердечника

S, симметричное относительно секций катушки 1 индуктивности с выводами 2 и 3 и 3 — 4;

Х вЂ” перемещение объекта измерения (не показан); — смещение катушки 1 индуктивности от начального положения биметаллической пластины 9, когда она находится на левом упоре 7.

Величина Е .г пРопоРциональна иэмеРЯеь температуре Т:

E,=<(T T«„), (<) где о(— чувствительность биметаллической пластины 9 по температуре;

Т . — минимальная измеряемая темпераМ 1И тура, соответствующая положению пластины 9 на левом упоре 7.

Во втором такте ко входу измерительного блока 11 с помощью блока 13 управления подключаются выводы 3 и 4 катушки 1.

Электрический сигнал N на выходе измерительного блока пропорционален величгне

15 Хр Х вЂ” („°

Значения NI u Nz заносятся в память вычислительного блока 12, после чего с выхода блока 13 управления подается управляющий сигнал на блок 10 нагрева-охлаждения биметаллической пластины 9, обеспечивающий ее охлаждение до температуры т Т„„„,.

Изгибаясь, биметаллическая пластина смещает катушку 1 индуктивности до упора 7.

В этом положении катушки производятся, третий и четвертый такты измерения, в процессе которых ко входу измерительного блока 11 подключаются соответственно выводы

2 — 3 и 3-4. Электрические сигналы N3 и

N4 на выходе измерительного блока пропорциональны величинам (Xp+X) и (Xp — Х), соответственно. Эти сигналы также заносятся в память вычислительного блока 12.

По окончании четвертого такта блок 13 управления включает блок +10 нагрева-охлаж35 дения, обеспечивающий нагрев биметалличесН кой пластины 9 до температуры Т Ъ Т „с „.

Изгибаясь в противоположном направлении, биметаллическая пластина смещает катушку индуктивности до упора 8. В этом положе40 нии катушки 1 производятся пятый и шестой такты измерения, в процессе которых ко входу измерительного блока 11 поочередно подключаются выводы 2 — 3 и 3 — 4 этой катушки. Электрические сигналы Ns и й6 на выходе измерительного блока пропорциoHBJIbHbl соответственно величинам: (Xp+ Х +

+ Л) и (Хо — Х вЂ” Ь), где Ь вЂ” расстояние между упорами, Эти сигналы также заносятся в память вычислительного блока 12, Реальная функция преобразования устройства аппроксимируется параболической зависимостью. В результате, по окончании указанных шести тактов, измерения вычислительный блок 12 решает следующую систему уравнений: „=о(х,+х-е )+b(x,ix t,-)+с

11 =a СХО-Х-RT) +b(X<,-Õ-Е.,)+С

991141

Я) ВНИИПИ Заказ 105/53 Тираж 600 Подписное

Филиал ППП *Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4

Ъ

14 =О (Хь+ ) Ь(КО Х>+С ъ

8g=-С1 (ХО+Х+ Ь) W И1 Ь+Х+Ь) С

1 5 a (Xo+ Х Ь) + b(X 0+X+ A)+ C ъ

86 0(Мо-X- h) +b(XG- X- h)4 с

При этом рассчитываются величины N> — йз; йз-й4, Nq — йь. По результатам 3 — 6 тактов вычисляется измеряемое перемещение х:

1 14 д (2 (М -й,)-(М. 114)

Значение Т определяется с учетом формулы (1) по результатам 1 — б тактов: т (1 1 H<>(N -И4)

) . min

Значения постоянных h„e, Тп1 и хранятся в ячейках памяти вычислительного блока 12.

Таким образом, в предлагаемом устройстве 20 . с помощью одного измерительного канала обеспечивается измерение как перемещений, так и температурьг. Как видно из выражений (2) и (3), на результаты измерения этих параметров не влияют нестабильные козффи- 25 циенты реальной функции преобразования чстройства, что обеспечивает его высокую точность, упрощение конструкции устройства и повышает его надежность.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений и температуры, содержащее корпус, размещен6 ный в нем катушку индуктивности с отводом от:половины витков, расположенный внутри нее подвижный сердечник, связываемый в процессе измерения с контроли11уемым объектом, термочувствительный элемент, подключенные к выводам катушки индуктивности и соединенные последовательно измерительный и вычислительный блоки и подключенный к ним блок управления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения, точности и надежности, оно снабжено блоком нагрева-охлаждения термочувствительного элемента, выполненного в виде биметаллической. пластины, которая расположена перпендикулярно к направлению перемещения сердечника, один конец пластины закреплен на корпусе, а другой шарнирно соединен с катушками индуктивности, установленной с возможностью смещения в направлении перемещения сердечника, и расположен между двумя упорами, выполненными на корпусе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 462061, кл. G 01 В 7/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2944089/28, кл. G 01 В 7/00, 1980 (прототнп).