Устройство для измерения перемещений

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 30,1078 (21) 2680748/18-28С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ Йо(5)М. Кл.з 6 01 В 7/00 С 01 0 5/20 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК а 1, 317. .39 з 531,71(088.8) Дата опубликования описания 230781 ччщс(72) Авторы изобретения 4Куйбышевский институт инженеров железнодо 5 ожнеготранспорта(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 изкоторых служит для питания мостовой схемы, а другой - для управления возбуждением транзисторов, включенных в плечи мостовой схемы 11).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, ко входной диагонали которого подключен дифференциальный датчик, мультивибратор стабилизированной частоты для питания измерительного моста и воэбуждения базовых цепей транзисторовмоста, двусторонний транзисторныйключ и второй мультивибратор длявозбуждения транзисторного ключа 5 2)Недостатком известного устройстваявляется ограниченная точность ибыстродействие, обусловленные тем,что вышеуказанные мультивибраторы,связанные с измерительным мостом,ра-ботают несинхронно. Вследствие этого среднее значение тока на выходемоста оказывается зависимым от нестабильности напряжения питания уст ройства, что понижает точность уст"ройства, а появление в спектре выходного тока частоты, равной разности частот обоих мультивибраторов,приводит к необходимости выбора перио О да усреднения, превышающего периодпитающего 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 двус"торонним транзисторным ключом ко входной диагонали измерительного моста, 30 второй мультивибратор снабжен синх"ронизирующей обмоткой, подключенной к выходу мультивибратора стабилизированной частоты, и двумя выходными обмотками, включенными в базовые цепи двух транзисторов противоположных плеч измерительного моста, а мульти- вибратор стабилизированной частоты снабжен двумя дополнительными обмот,ками, включенными в базовые цепи обоИх транзисторов двустороннего клю-:.Гча.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 15 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 мультивибратора 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 - в 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 ной на трансформаторе 16, с выходом мультивибратора 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 устройстваснимается 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. 55При возбуждении мультивибратора13 стабилизированной частоты от источника 32 входного напряжения постоянного =ока, на его выходе генерируется симметричное напряжение Пь (фиг. 2 а) прямоугольной формы,стабилизированное по частоте 2=1/2 , гдето: - полупериод колебаний напряжейия П , Это напряжение питает обмотки дифференциального индуктивного датчика 1 перемещений, подвижный элемент которого связывается впроцессе измерения с контролируемымобъектом, и входную диагональ 2-3измерительного моста 4,За счет попарно-противофазноговключения транзисторов 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. 2 г), среднеезначение которого Э пропорциональ 29 срно перемещению 6 подвижного элемента индуктивного датчика 1, Однако,оно зависит также и от амплитудыприложенного напряжения П 1 ь, т.е. отвеличины входного напряжения Е постоянного тока, а следовательно, иот его нестабильности,Устранение влияния нестабильностивходного напряжения Е постоянноготока осуществляется в данном устройстве путем открытия двустороннего транзисторного ключа 10, подключающего резистор 9 параллельно входной диагонали 2-3 измерительного моста в течение части нечетных полупериодов питающего мост напряжения П,При этом в течение той,же части нечетных полупериодов питающего напряжения соответствующая пара транзисторов измерительного моста запирается, вследствие этого ток 59 в нагрузочном резисторе 29 измерительногомоста уменьшается до нуля в течениетой же части нечетных полупериодов,а его среднее значение за нечетныеполупериоды (1, 111, У и т.д.) .питающего напряжения уменьшается посравнению со средним значением зачетные полупериоды (11, 1 У, М 1 ит.д.) питающего напряжения П, (фиг.2 г),Для обеспечения этого сердечниктрансформатора 24 мультивибратора25, возбуждение которого осуществляется от того же нестабильного источника входного напряжения Е, выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, периодически насыщающего до значений + Вэ индукциинасыщения синхронно с йзменениямиполярности генерируемого им напряжения П , которое, вследствие этого, имеет ступенчатую форму (фиг.2 б).Частота 1, т.е. период Ъ, этогонапряжения определяется частотой колебаний напряжения П, мультивибратора 13 (благодаря наличию обмотки46 синхронизации), а длительностьступенькинаходится в обратной пропорциональной зависимости от амплитуды входного напряжения Е постоянного тока; питающего оба мультивибратора. В интервале (ь - 1 ) насыщениясердечника напряжения 5 = О.Благодаря введению вйходных обмоток обоих мультивибраторов в базовыецепи транзисторов 5-8 измерительного моста и 11-12 двустороннего ключа, соответствующего выбору числа витков в них и полярности их включения, обеспечивается несимметричная работа плечей измерительного моста в четные и нечетные полупериоды питающего напряжения.По истечении ИНТервалавремени происходит насыщение сердечника трансформатора 24 И, как следствие, уменьшение до нуля напряжения П на выходе мультивибратора 25. Благодаря этому в остацшуюся часть ( -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 2 О течение интервала (ь - 7 ) нечетных полупериодов); В результате ток Э ответвляется в параллельный контур, протекая через резистор 9 (фиг. 2 д).Таким образом, при изменениях входного напряжения Е изменяется не только амплитуда 59 в нагрузочном резисторе 29 на выходе измеритель- ного 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 шается точность устройства.При выборе величины резистора 9 равной величине резистора 29 сохраняется форма тока на входе измерительного моста. Благодаря синхрони О зации работы обоих мультивибраторов обеспечивается синхронное переключение транзисторов измерительного моста и двустороннего транзисторного ключа, вследствие этого исключает 45 ся составляющая разностной частотыв токе нагрузки на выходе моста иуменьшается длительность перехрдныхпроцессов при скачках напряжения Еи изменении других дестабилизирующихфакторов, что обуславливает повышениеточности и быстродействия устройства,Формула изобретенияУстройство для измерения перемещений, содержащее дифференциальныйдатчик перемещений, измерительныймост на четырех транзисторах, ковходной диагонали которого подключендифференциальный датчик, мультивибратор стабилизированной частоты дляпитания измерительного моста и возбуждения базовых цепей транзисторовмоста, двусторонний транзисторныйключ и второй мультивибратор цлявозбуждения 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 транзисторнымключом 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 мультивибраторстабилизированной частоты снабжендвумя дополнительными обмотками,включенными в базовые цели обоихтранзисторов двустороннего ключа.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 465547, кл. 6 01 0 5/22, 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 446890, кл. 0 01 В 7/00, 1972П Патент ии Филиал ак 848983 075/52 Т б 42 Подписное л.Проектная,4