Преобразователь перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) 51)5 6 01 В 7/00 И И ЗОБ Т И Иэоб ой техни змерите щений вналов упр ндлов мос Преоб жит магн обмотки 2 ные обмот напряжен дифферен 13, 14 дел суммирова жений и шсти преоб жения На фи браз енны сн вр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1146540, кл. 6 01 В 7/ОО, 1983.Авторское свидетельство СССРМ 1441175, кл, С 01 В 7/00, 1987,(57) Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерительного преобразования механическихвеличин с использованием электромагнитных датчиков. С целью повышения точностиза счет снижения температурной поГрешности преобразователь перемещений содержит мост переменного тока, образованныйрабочими обмотками 2, 3 индуктивного дифференциального датчика, а также компенсационными обмотками 6, 7 и резисторами 4,5, Мост переменного тока через блок 9 дискретизации связан со входом делителя 13,Новым в преобразователе перемещений явретение относится к измерительке и может быть использовано для льного преобразования перемелектрические величины с испольэлектромагнитных датчиков, изобретения - повышение точноразования перемещений за счет температурной погрешности,. г,1 изображена структурная схема ователя перемещений; на фиг.2 - е диаграммы формирования сигляется введение блока 1 О дискретизации, связывающего мост переменного тока со входами блока 14 деления, введение блока 12 вычитания, связнва,ощего блок 9 дискретизации со входом делимого блока 13 деления, причем выход блока 13 деления непосредственно, а выход блока 14 деления через блок 16 масштабного суммирования, подключенный также к источнику 17 опорных напряжений, связаны со входами блока 15 умножения. На выходе блока 9 дискретизации выделяется напряжение, по уровню пропорциональное координате подвижного якоря 1 дифференциального датчика, причем коэффициент пропорциональности определяется элементами датчика и является температуроэависимым, Блок 10 дискретизации формирует информацию о температуре дифференциального датчика, преобразуемую блоком масштабного суммирования к виду, обеспечивающему компенсацию температурных измененийвыходной величины блока 9 дискретизации,2 ил. авления выборкой выходных сигта переменного тока.разователь перемещений содеритопроводный якорь 1, рабочие 3, резисторы 4, 5, компенсационки 6, 7, источник 8 переменного ия, блоки 9, 10 дискретизации, циатор 11, вычитатель 12, блоки ения, блок 15 умножения, блок 16 ния, источник 17 опорных напряину 18 нулевого потенциала.Рабочие 2, 3 и компенсационные 6. 7 обмотки, а также резисторы 4, 5 образуют четырехплечий мост переменного тока с диагональю питания "а-Ь" и измерительной диагональю "с-с". Кроме того, якорь 1 и рабочие обмотки 2, 3 образуют дифференциальный индуктивный датчик,Блок 9 содержит компаратор 19, одно- вибратор 20, блоки 21, 22 выборки-хранения, блок 10 содержит компаратор 23, одновибратор 24, блоки 25, 26 выборки и хранения. Блок 16 содержит блок 27 вычитания, сумматоры 28, 29, делители 30, 31 напряжения,Нижний по фиг,1 вывод резистора 4 связан с шиной 18, а его верхний вывод подключен к первому(верхнему по фиг,1) входу компаратора 19, второй вход компаратора 19 соединен с шиной 18, Выход компаратора 19 через одновибратор 20 связан с управляющими входами блоков 21, 22, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока 9, Выход блока 21 соединен с первым входом блока 12, ко второму входу которого подключен выход блока 22.Устройство работает следующим образом.К диагонали питания "а - Ь" моста переменного тока прикладывается выходное напряжение Оя источника 8Ов = Чз 1 п вт,где /, в- амплитуда и круговая частота напряжения;т - время,В пределах + Хг диапазона преобразования величины индуктивностей 12 рабочей обмотки 2 и 1 э рабочей обмотки 3 пропорциональны координатам Х якоря 1 на оси Х контролируемых перемещений12=1 Х+1 д, 1 э=-1 Х+ д,где - коэффициент приращения индуктивности;1 д - индуктивность балансного положения Х = 0 якоря 1, величины 1, 1 д определяется параметрами магнитных цепей рабочих обмоток 2, 3 и зависят от температуры среды эоны установки дифференциального датчика,Управляющие и информационные входы блоков 9, 10 дискретизации, а также блока 11 являются высокоимпедансными и практически не влияют на распределение токов и напряжений любых участков мостовой схемы,Напряжение Ос, выделяемое в последовательно соединенных рабочей обмотке 2 и резисторе 4, складывается из составляющих Ох и Оч, по величине пропорциональных соответственно координате Х и скорости якоря 1 Ос=Ох+Оч=(с( 21)/с 1 т+(г+В)1- = вп(1 Х+ д)зп(в т+ 5 + 0,5 П - ср)+ЦИ+г+В)зп(в с- р),М где 1 п- ампли 2.в 1 +(2 г+ В 7 туда тока р Ьочих комйенсационных обмоток; 10 1 = 1,и з 1 П (вс- );ср =агст 9 О, О=(вд/(2 г+В - добротность,г - активное сопротивление каждой рабочей или компенсационной обмотки; 15 В - активное сопротивление любого из резисторов 4, 5,Напряжение на выводах резистора 4 (см, фиг,2) равно04 = 1 В =1 Вз 1 п (в- р); 20 на фиг,2 через О обозначена совокупность напряжений 08, 04, 011,Магнитные цепи компенсационных обмоток б, 7 воздействию якоря 1 не подвергаются. В последовательном соединении 25 первой компенсационной обмотки б и резистора 5 выделяется сигнал, представляемый суммой падений напряжений на индуктивном и акт,вных согротивлениях участка "с 1- Ь", 30 Оа=04+Оа= в 1 дт 51 п(в 1++ 0,5 П- р)+(г+В)1 зп(ол р) причем напряжение на резисторе 5 равно 05 = 1 В =гпВз 1 п (в т- ф) = 04, Уровень выходного сигнала Оз блока 35 11 пропорционален временной производной напряжения 05 011=-Кр(с 05/сс)=-Кр в Вгпсоз (юл),Состояние любого иэ компараторов 19,23 определяется следующим образом: если 40 потенциал его первого выхода положителен, то на выходе данного компаратора поддерживается напряжение уровня логической единицы. Напротив, наличие отрицательного потенциала первого входа 45 обуславливает поддержание на выходе компаратора напряжения уровня логического нуля, Первый 20 и второй 24 одновибраторы срабатывают по положительным перепадам своих входных напряжений, 50 Нулевые значения достигаются напряжениями 04, О в моменты соответственно тк=1 +0,5 КТ,т к= г к0,25 Т,где т,с= агст 9 (О/в), Т=-(2 П /в) - период, 55 К - индекс н,эблюдаемого периода (целоечисло или нуль).В промежутках времени1 к=(т+ КТ) 11 к+05 Т, 05 Т, 1 к =- (1, + КТ + 0,25 Т)тс к = 0,5 Т25 55С первого выхода источника 17 выдается постоянное напряжение 017 1, п о э н а ч е н и ю и с д б и р а е м о е р а в н ы м 017-1= =.Чгп(гн/Р)+1), а с его второго выхода -постоянное напряжение 017 2=Ч;. напряжения соответственно 04, 011 находятся в области положительных значений инэ выходах компараторов 19, 23 поддерживаются напряжения высокого уровня,По положительным фронтам выходных 5сигналов компарторов 19, 23 в моменты вре.МЕНИ СООтВЕСтВЕННОК, т К ПРОИСХОДИТ1срабатывание одновибраторов 20, 24, генерирующих импульсы управления вьгборкойвыходных напряжений моста переменного 10тока, производимой соответственно, блоками 9, 10 дискретизации, На выходах блоков21, 22, 25 и 26 выборки и хранения формируются напряжения021=0 сЬ(С К)= Вгп(1 Х -1 д), 15022=0 с 3 Ь(т К)= Гг) 1 гп 1. д,025=.0 ОЬд К)=1 гп(гг В),2026=05(т К)= гпйС выхода блока 12 сниг ается разг;"стноенапряжение 20012=019 02 О=- Гг)1 гп 1 Х,Блоки 13, 14 реализуют операции формировэния напряжений012 О 71 гп 1 Х01 З=Чгп х -- = ЧМ --- .022 " гг) 1,г 11 Хг=Чм - 1 д/х,025 . гп(г г й)Ом=Ч -- - = Чм025 1 пГ30Чм (д + 1),где Чп, - мэсштабныи хоэффицле:т пгперации д.ления, имеющ.ги размерносг ггапГгжения;гх-.(Хг Хг) - относительная координатаякоря 1,Величины 1, .,г, г зависят от колеб;нийтемпературы ггг в зоне установки дифференциального датчги,а1=1 Н(1+ ГХВд ), 1,1- 1г(1ГХ О Г Г) ),г = гн(1+ Гх Гг,г Г,г), ГГ -- Г 1 г Он,где 1 н, 1 н, гн - значе.гия г 1 араме 1 ров 1, 1.,7Г ПрИ НОрМаЛЬНОй тЕМПЕратурЕ Гг 11. 20 С,гхГ 1, Гх-,ь и;,г известные темпера45турные козффлциентьг параметров соответственно, 1, 1 у, г. Значения Гхгьгхоз 1. Определяются по результатам физического или математического моделированиявоздействия температурьг среды установкидатчика на величину индуктивнос. и рабочейобмотки при балансном и отклоненных отбалансного положениях якоря 1, значениеГх; известно по справочным данным Выходные напряжения блока 27 вычитания, сул 1 маторов 28, 29 и делителей 30, 31 обозначим соответственно через 027031, Блок 27 формирует раэностный сигнал, равный027=014 017-1=ЧМ ( -- - - пг - Х- + 1 )- й( н ) нэгОК йКоэффициент преобразования ,Взо делителя 30 подбирается равным значениюОТНОШЕНИЯ (ГХа В)/(ГХг ГН), а КОЭффИЦИЕНтпреобразования /гз 1 делителя 31 - равнымзначЕнию ОтношениЯ (ГХ 6 Я)/(аюггН) так чтООЗО= /730027=(02TГХЭР)/( ГХ 6 хг ГН)=.ЧпХ 61 0.При этом соотношение (1 х/гн) подбирается таким, чтобы соблюдалось неравенствогпах 1/7 зг 1,/731)1, в случае нарушения которого вместо делителя напряжения пришлось бы использовать усилитель.Сул 1 мэторы 28, 29 реализуют операциисло кения026.=017.2 г ОЗО=-Чгп(1+ ГХ"ГЙ029=017.2 031=Чгп(1+ ГХГ 31 6).ролень выходного напряжения блока 15определяется выражением015 (К 15 026/029)-К 15 Х Чпг л111 Хг ( 1 -ГГЫГ 7) Р/х1-."1 ( 1 1 ГХгхг.дЧм (1 +асъг. О)/1,н) грх =- КХ,где К 15 масштабный коэффициент операЦИИ гМНОжЕНИЯ-ДЕЛгзНИЯ НаПРЯжЕНИй,К=;К 15 Чп, 1 Н)/1 ЙТаким образом, выходная величина 015предлагаемого преобразователя-пропорциональна координагам якоря 1 на оси контргглируемых перемещений с постояннымкоэффициентол:, КФормула изобретенияПреобразователь перемещений, содержащий источник переменного напряжения, две рабочие обмотки две компенсационные обмотки, два резисгора, первый компартор, первый одновибратор, первый и второй блоки выборки и хранения, первый блок деления, шину нулевого потенциала и мэгнитопроводный якорь, выполненный с возможностью перел 1 ещения в магнитном поле рабочих обмоток, первый вывод источНИКа ггЕрЕМЕННОГО НаПряжЕНИя ПОДКЛЮЧЕН К началу первой компенсационной обмотки и началу первой рабочей обмотки, второй вы 1610362вод источника переменного напряжения подключен к шине нулевого потенциала и первым выводом первого и второго резисторов, вторые выводы которых через соответственно вторую рабочую и вторую 5 компенсационную обмотки подключены к сигнальным входам соответственно первого и второго блоков выборки и хранения, второй вывод первого резистора подключен к первому входу первого компаратора. вы ход которого через первый одновибратор подключен к управляющим входам первого и второго блоков выборки и хранения, выход второго блока выборки и хранения подключен к первому входу первого блока деления, 15 второй вход первого компаратора подключен к шине нулевого потенциала, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности за счет снижения температурной погрешности, в него введены дифференци втор, второй компаратор, второй одновибратор, третий и четвертый блоки выборки и хранения, второй блок деления. два вычитателя, два делителя напряжения, два сумма- торэ, источник опорного напряжения и блок 25 умножения, второй вывод второго резистора через дифференциатор подключен к первому входу второго компаратора, выход которого через второй одновибратор подключен к сигнальным входам третьего и четвертого блоков выборки и хранения, выходы которых подключены к входам второго блока деления, выход которого подключен к первому входу первого вычитателя, выход которого подключен к входам первого и второго делителя напряжения, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока умножения, выходы первого и второго блоков выборки и хранения подключены к входам ггервого вычитателя, выход которого подключен к второму входу первого блока деления, выход которого подключен к третьему входу блока умножения, первый и второй выходы источника опорного напряжения подключены соответственно к второму входу второго вычитателя и вторым входам первого и второго сумматора, второй вывод первой компенсационной обмотки подключен к сигнальному входу второго и третьего блоков выборки и хранения, второй вывод первой рабочей обмотки подключен к сигнальному входу первого блока выборки и хранения, шина нулевого потенциала подключе э к второму входу второго компардторд,1670362 орректор М. Кучерявая Фельдм Реда каз 2736 Тираж 370 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 и ГКНТ СССР енно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 из Составит Техред М В. Подо ргентал