Устройство для измерения линейных перемещений

(7 ) Заявител Уфимский авиационный институт им, Орджон УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ь- ыт олИзобретение относится к контрол но-измерительной технике и может б ь использовано, в частности для преобразования линейных перемещений в электрический сигнал переменной частоты, используемый, например, в системах регулирования скорости вращения электроприводов переменного тока в функции положения подвижного регулирующего элемента.Известны автогенераторные преобразователи перемещений, содержащие индуктивный датчик перемещений и автогенератор, в колебательный контур которого включена обмотка индуктивности датчика1 ).Недостатками преобразователей являются ограниченная выходная мощность и относительно узкий частотный диапазон работы, обусловленный наличием ферромагнитных деталей датчика в частотно-задающей цепи автогенератора,Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для измерениялинейных перемещений, содержащее индуктивный датчик перемещений и подключенный к источнику постоянноготока преобразователь частоты, выпненный в виде мостового инверторана тиристорах. Частотно-задающийконтур преобразователя частоты сос 1 о тоит из конденсатора, катушки с постоянной индуктивностью и регуяируемой с помощью датчика дополнительной катушкой индуктивности2).Поскольку регулируемой частью ин дуктивности указанного контура явля"ется сама размещенная на магнитопроводе обмотка индуктивного датчика, индуктивность которой изменяется в функции положения подвижно го относительно магнитопровода ферромагнитного элемента - якоря дат"чика, то наличие указанных ферромаг",нитных элементов в чвстотяо". зада 9932ющем контуре преобразователя частотыобуславливает возникновение эффектавытеснения магнитного потока в магнитопроводе датчика при работе преобразователя в диапазоне повышенныхчастот. В результате этого возрастают потери и нагрев магнитопроводаи происходит его насыщение, вслед"ствие чего изменение индуктивностидатчика в функции перемещения ста оновится нелинейным.Таким образом, уменьшается чувствительность и вследствие этого - ухуд.шается линейность в области верх"него диапазона выходной характеристики устройства для измерения линейныхперемещений,Целью изобретения является повышение чувствительности устройства дляизмерения линейных перемещений.2 оПоставленная цель достигается тем,что в устройстве для измерения линейных перемещений, содержащем датчикперемещений и подключенный к источ"нику постоянного тока преобразователь частоты с частотно-задающимсконтуром, состоящим из конденсатораи регулируемой с помощью датчикакатушки индуктивности, датчик перемещений выполнен состоящим из-Ш-об "разного магнитопровода с размещеннымв его основании источником магнитодвижущей силы, герконов с поперечным управляющим магнитным полем,установленных в ряд вдоль внутреннихЭ 5поверхностей край них стержней ма гнитопровода со смещением герконов одного ряда относительно герконов второго ряда на половину диаметра их баллонов, герсиконов, силовые контакты4 Окоторых подключены между началом катушки индуктивности и ее соответствую"щим токоотводом, а управляющие об"мотки которых подключены к источнику постоянного тока через контакты45герконов, и ферромагнитного элемента,установленного с возможностью перемещения относительно среднего стержнямагнитопровода и имеющего ширину ине менее, чем диаметр баллона геркона.5 ОНа чертеже представлена принципи"альная схема устройства.для измерения линейных перемещений.Это устройство содержит преобразователь 1 частоты, выполненный посхеме резонансного тиристорного инвертора, Он содержит дроссель 2, силовой тиристор 3, обратно включен 9 фный ему диод 1 и частотно-задающий контур, состоящий из коммутирующего конденсатора 5 постоянной емкости и регулируемой с помощью датчика 6 перемещений катушки 7 индуктивности.Датчик 6 перемещений содержит Ш-образный магнитопровод 8 с размещенным в его основании источником 9 магнитодвижущей силы - постоянным магнитом или двухсекционной обмоткой воз= буждения, подключенной к тому жеисточнику 10 постоянного тока, что и преобразователь 1 частоты. Вдоль внутренних поверхностей крайних стержней магнитопровода 8 датчика размещены в ряд герконы 11 с поперечным управляющим полем. Герконы одного ряда смещены относительно герконов второго ряда на половину диаметра их баллонов 12. Контакты 13 герконов 11 включены в цепь питания обмоток 11 управления герсиконов 15 (силовых герконов), силовые контакты которых подключены между началом и соответствующим токоотводом катушки 7 индуктивности преобразователя 1 частоты. Ферромагнитный элемент 16 герконового датчика 6 перемещений, установленный с возможностью перемещения относительно среднего стержня магнитопровода 8, имеет ширину не менее, чем диаметр баллона геркона, и связывается в процессе измерений, например, тягой 17 с контролируемым объектом, Тиристорный преобразователь 1 частоты содержит также трансформатор 18 тока, первичная обмотка которого включена в цепь обратно включенного диода 1, а вторичная подключена ко входу операционного усилителя 19. К выходу этого усилителя подключены последовательно соединенные ждущий релаксационный генератор - мультивибратор 20 и Формирователь 21 импульсов, образующие контур обратной связи инвертора, подключенный к управляющему электроду 22 силового тиристора 3. Имеется также пусковой блок 23, предназначенный для начального запуска преобразователя 1 частоты, Нагрузкой преобразователя 1 частоты может быть какой-либо исполнительный элемент, например высокооборотный двухфазный двигатель переменного тока, скорость вращения которого пропорциональна частоте питающего его напряжения. При трехфазном исполнении преобразователя 1 частоо 5 ла изобретения ты в качестве исполнительного элементаможет быть использован трехфазныйасинхронный двигатель с коооткозамкнутым ротором. Выходная частотапреобразователя может измеряться,например, подключенным параллельнок исполнительному элементу 24 частотомером 25.Устройство для измерения линейныхперемещений работает следующим образом.1При подключении источника 10 постоянного тока к устройству и подачепускового импульса с выхода блока23 на управляющий электрод 22 тиристора 3 преобразователя 1 частоты,последний возбуждается, и в нем наци.нается колебательный процесс междуемкостью конденсатора 5 и индуктивностью катушки 7, не имеющей ферромагнитного сердечника, После .того, как ток через обратный диод 4во второй половине периода колебаний тиристорного инвертора спадаетдо нуля и переходит через него, навыходе операционного усилителя 19тока с помощью трансформатора 18 фор"мируется прямоугольный импульс, который задерживается на расчетнуюдлительность ждущего мультивибратора 20, .а затем подается на управляющий электрод 22 тиристора 3Преобразователь 1 частоты в результате переходит в автогенераторныйрежим работы, частота колебаний навыходе которого определяется собственной частотой его частотно-задающего контура и изменяется в зависи"мости от индуктивности катушки 7. Последняя зависит от положения ферромагнитного элемента 16 датчика 6 пе"ремещений. В этом датчике магнитныйпоток, создаваемый источником 9 магнитодвижущей силы, замыкается покрайним стержням, воздушному промежутку между ними и подвижным Ферромагнитным элементом 16, самому элементу16 и среднему стержню магнитопровода8, обеспечивая замыкание того геркона 11, против которого размещенподвижный элемент 16,При пеоемещении Ферромагнитного элемента 16 замыкаются по"очередно контакты верхних и нижних герконов 11, Благодаря тому, что ширина подвижного ферромагнитного элемента 16 выбирается равнойили большей диаметра баллона герконов 11, в каждый момент времени под 5 1 о 15 2 о 25 зо 35 воздействием магнитного потока датчика 6 перемещений находится только одна пара контактов 13 герконов 11, обеспечивая их надежное замыкание или ;замыкание (за счет разброса магнитных параметров герконов) двух соседних герконов. Контакты 13 очередного вклю" чаемого.геркона 11 замыкаясь, подключают кисточнику 10 обмотку 14 управления соответствующего герсинона 15, Герсиконы 15 при своем поочеред, ном замыкании шунтируют различное число витков обмотки, изменяя ее индук,тивность, а следовательно, и выход" ную частоту преобразователя 1 частоты, Благодаря тому, что баллоны верх-. него и нижнего рядов герконов 11 сдвинуты один относительно другого на половину их диаметра, повышается дискретность преобразования перемещений и чувствительность устройства, которая может быть опрффелена как отношение приращения частоты ЬГ на вы-ходе преобразователя 1 частоты к изменению ьх координаты положения подвижного элемента 16 датчика, При этом, вследствие отсутствия потерь в стали в частотно-задающем контуре преобразователя 1 частоты, его частотный диапазон может быть существенно расширен, составляя 10-8000 Гц (ограничение сверху обусловлено частотными свойствами тиристоров). При этом чувствительность 5 к перемещению в диапазоне 0,3 м может составить=26000 Гц/м,Таким образом, частотный магнитогер коновотиристорный преобразователь перемещений обладает высокой чувствительностью и позволяет преобразовать механические перемещения в электрический сигнал большой мощности 1 без дополнительных промежуточных усилителей 1 с частотой, регулируемой в широком диапазоне.форму Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее датчик перемещений и подключенный к источнику постоянного тока преобразователь частоты с частотно"задающим контуром, состоящим из конденсатора и регулируемой с помощью датчика катушки индуктивности, о т л и ч э ю,щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик перемещений выпол"Патент", г. Ужгор Фил Проектная нен состоящим из Ш-образного магнитопровода с размещенным в его основании источником магнитодвижущей силы1 герконов о поперечным управляющим магнитным полем, установленных в ряд вдоль внутренних поверхностей крайних стержней магнитопровода со смещением герконов одного ряда относительно герконов второго ряда на половину диаметра их баллонов, герсиконов, силовые контакты которых подключены между началом катушки индуктивности и ее соот,ветствующим токоотводом, а управляющие обмотки которых подключены к источнику постоянного тока через контакты герконов, и ферромагнитного элемента, установленного с возможностью перемещения относительно среднего стержня магнитопровода и имеющего ширину не менее, чем диаметр баллона геркона,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Туричин А,М. Электрическиеизмерения неэлектрических величин.М,-Л "Энергия", 1966, с. 36,рис, 25-12.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке й 2131522/18-28,кл. 6 0 1 В 7/00, 1973,(прототип).