Устройство для измерения линейных перемещений

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.С 01 В 7/00 С 01 Р 5/24 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71) Заявитель Пензенский политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЬИПЕРЕМЕЩЕНИЙ Устройство относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано, в частности для измерения и контроля линейных перемещений подвижных объектов.Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее два идентичных (основной и дополнительный) преобразователя, 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 неидентичностие условий, в которых находятся измерительные системы преобразователей иэ-за значительного зазора между ними, различного характера связи основного и дополнительного преобразователей с перемещающимся объектом (дополнительный не связан с ним), а также иэ-за некоторой не- идентичности 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,на котором формируется разностныйсигнал обеих дифференциальных секцийпреобразователя, несущий информациюо контролируемом перемещении.Благодаря охвату преобразователяконтуром отрицательной обратной связи обеспечивается стабилизация входного тока питания преобразователя, аблагодаря этому - независимость резуультата измерения от колебаний напряжения и частоты источника питанияи изменений других дестабилизирующихфакторов, например диэлектрическойпроницаемости среды.Однако точность измерения перемещений этим устройством ограничена нестабильностью коэффициента передачивыходной характеристики дифференциального преобразователя при значительных изменениях внешних условийработы (главным образом температуры).Целью изобретения является повышение точности при изменении внешнихусловий работы.Для достижения поставленной целив предлагаемом устройстве дифференциальный преобразователь перемещениявыполнен трансформаторным, его измерительная обмотка состоит из Двухидентичных, включенных встречно черезрегулируемый резистор с заземленнымподвижным контактом, дифференциальныхсекций с линейно изменяющимся вдольпути перемещения контролируемогообъекта числом витков в кажцой, противоположные выводы обеих секций подключены к выходным зажимам преобразо-.вателя, блок индикации подключен между одним из выходных зажимов и общейшиной заземления, а дифференциальныесекции измерительной обмотки смещеныодна относительно другой на величинуОСЕЕТ ( 0,5 Ьгде б - коэффициент смещения секций;Ь - длина одной дифференциальнойсекции измерительной обмотки,выраженная в единицах перемещения,На фиг, 1 схематически изображенаодна дифференциальная секция измерительной обмотки; на Фиг. 2 - блоксхема устройства,УстРойство содержит дифференциально-трансформаторный преобразователь 1перемещения, обмотка 2 возбуждениякоторого подключена к выходу управляемого источника 3 питания, а подвижн(дй сердечник 4, на котором размещена эта обмотка, связывается с контролируемым объектом. Измерительнаяобмотка состоит из двух дифференциальных секций 5-5 и 6-6, соединенныхвстречно через резистор 7, подвижныйконтакт которого подсоединен к общейшине 8 заземления. Противоположныевыводы обеих секций подключены к выходным зажимам 9 и 10 преобразователя.Блок индикации (на чертеже не показан) подключен между выходным зажи мом 10 и общй шиной 8 заземления.Выходные зажимы 9 и 10 преобразователя присоединены к входам измерительной схемы 11, к выходу которой подключен выпрямитель 12. В блоке 13сравнения сравниваются сигналы, снимаемые с выхода выпрямителя и эталонного генератора 14. Выход блока сравнения подключен к управляющему входуисточника питания, вследствие чегопреобразователь оказывается охваченным контуром стабилизирующей отрицательной обратной связи.Устройство работает следующимобразом.При перемещении сердечника 4 с на 15 мотанной на нем обмоткой 2 возбуждения, создающей поток Ф возбуждения,в деФФеренциальных секциях 5-5 и 6-6измерительной обмотки индуцируютсянапряжения 05-5 и 06 6 пропорцио 2 О нальные разности пронизываемых пото.ком возбуждения чисел витков, соответствующих половине дифференциальныхсекций обмотки. Эти напряжения, соотв етс твенно, равны25 О = -2 Х(Х+Ы.), (1)ФУ.где Иу 9 и ==И =Му - удельные числа витков зо у.ме те ьной(2),4 О в секциях иэ ри лобмотки, одинаковые дляобеих секций, так какони выполнены идентично;Х - измеряемое перемещение;35 Й Ь - относительное смещениедиФференциальных секций,выраженное в единицахперемещения;Б - коэффициент передачи преобразователя, определяющий угол наклона его выходной статической характеристики.Величина относительного смещения6 Ь секций выбирается в диапазоне отО до 0,5 Ь иэ соображений полученияоптимального соотношения между погрешностью измерения и диапазоном измеряемого перемещения, которые уменьшаются с увеличением 5 . Нижние значения коэффициента смещения ограничены конечным значением порога чувствительности контура стабилизирующей отрицательной обратной связи. Коэффициент б смещения постоянен для данного 55 преобразователя и представляет собойотношение разности числа пронизываемых потоком возбуждения витков соответствующих половин обеих дифференциальных секций измерительной обмотоки к общему числу витков, пронизываемых потоком возбуждения, сбеих половин какой-либо одной иэ секций, т.е.И) -(,О-шт, п,. Х, Я 65т,д+1,г й +й7481 22 где Ю число пронизываемых потоком возбуждения витков одной половины первой дифференциальной секции измерительной обмотки;число пронизываемых потоком возбуждения витков соответствующей одной полов ины в торой дифференциальной секции;число пронизываемьж пото Оком возбуждения витков другой половины первой дифференциальной секции;число пронизываемых потоком возбуждения витков другой половины второй дифференциальной секции. 20 25 Формула изобретения 30 Напряжения 05и Йа а подаются наразные входы измерительной схемы 11,которая выделяет разностный сигнал,рав ныйбФП з - П= - 2Х 6 Ь (3) Отсюда следует, что заданная стабильность коэффициента Я передачи преобразователя может быть обеспечена путем подцержания постоянства разностинапряжений Об 5; Пб б так Поскольку Х,)= сопят. благодаря тому, что обе половины каждойдифференциальной 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 потокс+ возбуждения преобразователя, Именно он определяет нестабильность коэффициента Я передачи преобразователя, а следовательно, и напряжения Уб 6, измеряемого блоком индикации перемещений, а также и разностью напряжений (0 э - 6 ), выделяемого измерительной схемой 11 (3).Поддержание указанного разностного напряжения неизменным обеспечивается с помощью замкнутого 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 источ 35 40 45 50 55 60 65 ника, напряжения, изменяющего (подвоздействием управляющего сигнала)ток Эь в обмотке возбуждения преобразователя, т.е. магнитный потокР,так, чтобы разностное напряжение(Уз - ПЭ б) было постоянным при действии различных дестабилизирующихФакторов,С помощью регулируемого резистора 7 компенсируется некоторая неидентичность секций измерительной обмотки преобразователя, возникающая впроцессе их изготовления,Регулировкой этого резистора добиваются получения неизменного эначения раэностного напряжения (У 5- 6 ) в крайних точках диапазонаконтролируемого перемещения.Таким образом, путем поддержанияпостоянства коэффициента передачипреобразователя 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 преобразователя, 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 выход 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 с 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 величинуО( б Ь ( 0,5 Ь р.2 Составитель С. Скрыпникдактор И. Батанова Техред. Л. Теслюк Корректор Ю. Макарен ах 801 ПодписноГосударственного комитета СССР елам изобретений и открытий ква, Ж, Раушская наб., д, 4/ аз 4219 ИИПИ 13035,лиал ффПатентфф, г. Укгород, ул. Проект где (5 - коэФФициент смещения секций; Ь - длина одной дифференциальной секции измерительной обмотки, вырааенная в единицах перемещения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Ноткин Ю.А., Христолюбов В.А. Устройство коррекции сигналов дифференциально-трансформаторных датчиков. Приборы и системы управления, В б, 1976, с. 25.2. Авторское свидетельство СССР 9 32938 б, кл. 6 01 Р 5/24, 1969, (прототип) .