Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (111 782 51)5 С О В 7/00 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР 1 879271, кл. 0 01 В 7/00, 1981.Авторское свидетельство СССР252652, кл. 0 01 В 7/00, 1986. (54) ТРАНСФОРМАТОРНН ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С ФАЗОВЫМ ВЫХОДОМ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения пере мещений. Целью изобретения является уменьшение температуры погрешности измерений и упрощение конструкции датчика. Для этого вводят в датчик резистор К и избирательный усилитель. Один вывод резистора соединен со свободным выводом секции 7 компенсационной измерительной обмотки, второй вывод резистора соединен с общим входом фазометра 1 1 исвободным выводом секции 4 рабочейобмотки возбуждения, свободный вьвод секции б рабочей и мерительнойобмотки соединен с входом избирательного усилителя 10, первый ивторой входы фазометра 1 соединеныс выходом избирательного усилителяО н с общей точкой встречно соеди-,ненных секций 6 и 7 измерительныхобмоток соответственно. Трансформаторный датчик перемещений с фазовымвыходом содержит ферромагнитныйсердечник 1 Ж-образного сечения,ферромагнитный якорь 2, связываемыйв процессе измерений с контролируемым объектом, симметрирующую ферромагнитнуюпластину 3, две секции 4 и5 обмотки возбуждения 10, фазометр 13 ил.;спользовапо для .измерения перемещений,5Цель изобретения - повышение точ-.ности измерений и упрощение конструкции датчика,На фиг.1 приведена конструктивнаясхема предлагаемого трансформаторного датчика с фаэовым выходом, нафиг.2 - электрическая схема датчика;на фиг.3 - векторная диаграмма выходных сигналов датчика с фазовым выходом. 15Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом (фиг.1) содержит Ж-образны ферромагнитный сердечник 1 н установленный с возможностью перемещения ферромагнитнья , 20.к. Рь 2, связываемый в процессе измероия с контролируемым объектом иразмеш.,ныл у открытого торца рабочей а.ти сердечника 1, симметрирующую ферромагнитную пластину 3, разещеную у открытого торца компенсационной части сердечника 1, На цент,.апьпом стержне сердечника в его рабочей и компенсационной частях размеще ы секции 4 и 5 обмотки возбуждепия, секции 6 и 7 измерительной обмоткн. Секции 4 и 5 электрически соединены последовательно согласно, асекции б и 7 соединены последовательно-встречно, Для обеспечения симметрии рабочей и компенсационной частейдатчика число виткой секции 4-7 обмоток целесообразно выбирать одинаковымЭлектрическая схема тРансформатоР 40ного датчика перемещений с фаэовымвыходом (фиг.2) представляет собойрабочую 8 и компенсационную 9 части,две сек цш 4 и 5 обмотки возбуждения,соединенные последовательно согласно, 45две секции 6 и 7 измерительной обмотки, соединенные последовательновстречна, ферромагнитный сердечник 1,резистор Кф, соединенный последовательно с секциями измерительной обмотки 6 и 7 (с выводом д), второйвывод резистора К (вьвод е) соединен с общим входом фаэометра 11 и сосвободным выводом секции рабочей обмотки возбуждения (вывод а), выводрабочей обмотки (вывод в) соединенс входом избирательного усилителя10, выход которого соединен с первым(Вх. 1) входом фазометра 11, а общая точка встречно включеньа секций измерительных обмоток (вывод г) соединена с вторым (Вх.2) входом фазометра 11, Паразитные емкости между секциями возбуждающих 4 и 5 и измерительных 6 и 7 обмоток в рабочей 8 и компенсационной 9 частях соединены с общим проводом (на фиг.2 паразитные ем"кости обозначены в рабочей частиС яр, а в компенсационной час-иС ,)Трансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом работает следующим образом.При подключении обмотки 4 и 5 возбуждения к источнику синусоидальногонапряжения Б - н секциях 6 и 7 измерительных обмоток возбуждаются напряжения Би Ц. С помощью фазосдвигающей цели типа 1.-К (последовательно соединенные индуктивность Ь секций 6 и 7 измерительной обмотки и резистор К ) между напряжениями 01 и У(фиг.2) на встречно включенных секциях 6 и 7 измерительной обмотки,а результирующее напряжение Ц. поступает на вход избирательного усилителя 10. Компенсационное напряжениеБ поступает на второй вход (Вх,2)фазометра 11, а результирующее напряжение Б поступает на первый вход(Вх,1) фазометра 11 с выхода избирательного усилителя 10. При минимальном зазоре (3 ,ц) между сердечником 1 и якорем 2 перемещением сим"метрирукщей пластины 3 настраиваютдатчик по показаниям фаэометра нанекоторое начальное значение отсчетафазы ,При перемещении контролируемого объекта и связанного с ним якоря 2 в направлении увеличения зазора 3 р (на фиг.2 показано стрелкой) напряжения Уи У модулнруются в функции перемещения, а именно напряжение Б,1 уменьшается, а напряжение У возрастает. Фаза вектора суммарного напряжения 11 изменяется при этом от значения ( до значения Ц, (фиг.З)Функция преобразования датчика определяется следующим выражением 1еи 4 о= ( - У, агсВ --- -ц- - ,сов Ф - -"о 115 16 где И - фаз а ре э ультирующе го сум.1 быхмарного сигнала 11 относительно вектора напряженияг р(ф - угол сдвига фаэ между векто 10рами напряжений 11 (8 ) иб(Юр), устанавливаемый спомощью фаэосдвигающей цепиЬ- К+.Таким образом, при изменении модулированных напряжений 11(8 р ) и Бг (1 на секциях измерительньгх обмоток в функции перемещения изменяется и фаза выходного результирующего (суммарного) Б напряжения на величину Мг Ж)Иа векторной диаграмме выходных сигналов датчика (фиг.З) индексом 1 обозначены напряжения, соответствующие максимальному зазору с 1 умакс а беэ индекса напряжения, - соответствующие минимальному зазору Рр И.Уменьшение температурной погрешности достигается тем, что в датчике необходимый угол сдвига фаз 4 а между сигналами У и 11 устанавливается с помощью подборного резистора Кф, который включен последовательно с выводом секции 7 компенсяционной измерительной обмотки, т.е. в качестве фазовращателя типа Ь -К используется индуктивность измерительной обмотки (составная часть датчика) и резистор Кф. При этом к секциям 6 и 7 измерительной обмотки рабочей и компенсационной частей, на которых возбуждаются сигналы Ч 1 и Ь, подключены второи вход (Вх.2) фазометра 11 и вход избирательного усилителя 10 с большими входными импедансами (Е сс 7. ), которые неЭФО Оьмотоказывают шунтирую 3 его действия на секции измерительной обмотки, Прн воздействии температуры на датчик секции измерительной обмотки находятся в одинаковых условиях электрического нагружения, так как входные иипедансы входов фазометра и усилителя имеют величину одного порядка( бх срамомьх. Яфилит Вмх овмот Поэтому одинаковые изменения от воздействия температуры выходных сопро" )тивлений секций измерительных обмоР алых, рщ Йешх, корля ) обуслав ливают и одинаковые изменения напрялений У 1 и Б, а вследствие того, чтО эти сигналы геометрически суммируются, то фаза выходного сигнала7820 и в датчиках с Фдзовым выходом. Паразитные емкости С я р и С , (Фиг.2) между секциями измерительных б и 7 возбуждающих 4 и 5 обмоток в рабочей 8 и компенсационной 9 частях имеют 40 45 50 55 5 1 О 15 20 25 30 15 не изменится, т.е, уменью;п.тся темпе -ратурная погрешность датчика, В датчике-прототипе паря.1 лельно секциямкомпенсационной измерительной обмоткиподключены фазовращателн типа К-С,имеющие входное сопротивление, соизмеримое с выходными сопротивлениямисекций обмоток и меньшее входных импедансов фазометра и усилителя, а ксекции рабочей измерительной обмоткиэлектрическая нагрузка не подключенаи шунтирующего действия на нее электрическая нагрузка не оказывает, т.есекции рабочей и компенсациснной измерительных обмоток находятся васимметричных условиях по электрическому нагруженню. Поэтому изменениянапряжений П и 11 от воздействиятемпературы будут не равнопропорциональными, 1 япример, прп изменении оттемперятуры возбуждяемых ЭДС в секциях измерительной обмотки на одинаковую величину, напряжение с выходякомпенсационной секции измерительнойобмотки изменится на большую величину,чем нлпряжение с выходя рабочей секции измерительной обмотки вследствиетого, что на выходном сопротивлениикомпенсационной секции обмотки будетгораздо большее падение няпряжения,В результате непропорционяльного изменения няпряжений 11, и Сс выходярабочей и компенсяцпонной секций измерительных обмоток после их геометрического суммирования фаза выходногорезультирующего сигняля ц) цизменяется, что приводит к большой температурной погрешности в датчике-прототипе одинаковую величину, вследствиесимметричного включения их относительно общего провода (вывод е)датчика, обеспечиваемого введениемсвязи между выводом е компенсационной части и выводом а секции обмотки возбуждения рабочей части, а также идентичным конструктивным исполнением рабочей и компенсационных частей датчика по геометрическим размерам и количеству витков. При воздействии температуры на датчик паразитные емкости изменяются на одинаковые величины (ДС,р а ЬС) и неоказывают влияние на фазу выходногосьгнала ( , так как их действиеввх фна фазу выходного сигнала взаимно компенсируется, что позволяет уменьшить температурную погрешность измерений, Повышение точности измерений эа счет уменьшения нелинейных искажений заключается в следующем. После геометрического суммирования напряжений Б и Уна секциях 6 и 710 измерительной обмотки трансформаторов с ферромагнитными сердечниками суммарное напряжение О имеет большую величину нелинейнйх искажений и коэффициент нелинейных искажений К,чдостигает 5 Х и более за счет использования для суммирования трансформаторов с ферромагнитными сердечниками и от воздействия внешних электромагнитных полей, особен,но большие искажения формы присущи суммарному синусоидальному напряжению малой величины (из векторной диаграммы на фнг.З видно, что малуювеличину суммарный сигнал 11 имеет в конце диапазона измерения). Так как,с увеличением нелинейных искажений у синусоидальных сигналов, поступающих на вход фазометра 11, точность измерения фазометром угла сдвига меж ду этими сигналами уменьшается, то суммарный сигнал поступает на первый вход фазометра через избирательный усилитель 1 О.Избирательный усилитель 10, например, резонансного типа обеспечивает усиление основной (первой) гармоники сумйарного сигнала и отфильтровывает высшие гармоники, что обеспечивает уменьшение искажений формы суммарного синусоидального сигнала, т,е. повышение точности измерений датчика.Таким образом, использование предлагаемого трасформаторного датчикаперемещений с фазовым выходом позволит повысить точность измерений в (2-3) раза, а также упростить конструкцию датчика.Формула изобретенияТрансформаторный датчик перемещений с фазовым выходом, содержащий Ж- образный ферромагнитный сердечник с двухсекционной обмоткой возбуждения на центральной части сердечника, соединенной последовательно согласно, и с двухсекционной рабочей измерительной обмоткой, состоящей из измерительной и компенсационной секций, соединенных последовательно встречно, и фазометр, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен подборным резистором и избирательным усилителем, один вывод подборного резистора соединен со свободным выводом компенсационной секции, второй вывод подбор- ного резистора соединен с общим входом фазометра и свободным выводом двухсекцнонной обмотки возбуждения, свободный вывод измерительной секции двухсекционной рабочей измерительной обмотки соединен с входом избирательного усилителя, первый и второй входы фазометра соединены с выходом избирательного усилителя и.с общей точВкой встречно соединенных секций рабочей измерительной обмотки.1627820 Фиг 1 фО Составитель Е.ВоронкиТехред Л.Олийнык Корректор М,Поко Редактор Ю,Середа Заказ 329 Тирам 383 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, 3-35, Раущская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Узгород, ул. Гагарина, 101