Устройство для измерения линейных размеров

,89 нейных размеро ретения,- упро увеличение точ ройство содерж ной амплитуды, инвертирующий тель 3 напряже вертирующий оп напряжения пер прямителя 5 и ложного знака, постоянного то бор 8 и потенц показаний приб 92. Бюл. Р 17тросов6.7(088.8)кое свидетельство СССкл. С 01 Э 5/22, 1986(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯНЕЙНЬЗХ РАЗМЕРОВ(57) Изобретение отнтельной технике машипредназначено к испотронных приборах для ЗМЕРЕНИЯ ЛИзмер и в эл ли сится к остроен ьзовани измерен СУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР в изделий. Цель иэобщение конструкции и ности измерения. Устит генератор 1 стабильиндуктивный датчик 2, операционный повториния генератора 1, инерационный усилитель 4 емнного тока, два вы напряжений противопоусилитель 7 напряжения ка, показывающий прииометр 9 для смещения ора 8.ил.3 1732Изобретение относится к измерительной технике машиностроения и может быть использовано в приборах,предназначенных для измерения с помощью индуктивных датчиков отклонений линейных размеров изделий,Известны различные устройства дляизмерения отклонений линейных размеров, в которых используются индуктивные датчики перемещений,Известное устройство содержитсоединенные в виде мостовой схемы индуктивный дифференциальный датчик,трансформатор со средним отводом водной из обмоток и генератор стабильной амплитуды и последовательно соединенные с вторичной обмоткой трансформатора усилитель напряжения переменного тока, Фазовый детектор, усилитель напряжения постоянного токаи показывающий прибор.Недостатками этого устройства являются наличие трансформатора, который является трудоемким в изготовлении, необходимость предварительнойбалансировки мостовой схемы при сред"нем положении подвижного звена индуктивного датчика.В известных устройствах, для измерения линейных размеров не можетбыть применен взамен дифференциального датчика недифференциальный из-засущественного различия связей и параметров. Но достоинством являет"ся то, что так как сигнал дифференциального индуктивного датчика необ 1ходимо усиливать не менее чем в200 раз, то для уменьшения дрейфаусиленного сигнала датчика можнобудет усилить сигнал усилителемнапряжения переменного тока в100 раз, а усилителем напрянения постоянного тока в два раза,Известно устройство, в которомотсутствует трансформатор в мостовойсхеме с. дифференциальным индуктивным датчиком. Это устройство содержит амплитудно"Фазовый дискриминатор(АФЦ), который заменяет трансформатор и фазовый детекор, и последова"тельно соединенные усилитель постоянного тока и показывающий прибор,причем АФД содержит два дифференциальных усилителя напряжения переменного тока с неодинаковыми коэффициентами усиления по инвертирующемуи неинвертирующему входам, междувыходами которых вкпючена цепь из 15 4последовательно соединенных двух диодов в проводящем направлении и двухрезисторов, и я нем догжен быть генератор стабильной амплитуды дляпитания дифференциального датчика.Известное устройство позволяетприменить безмостовую схему, благодаря чему расширяется рабочий учас О ток с высокой линейностью характеристики преобразования, упрощаетсясхема устройства, снижается себестоимость и на порядок возрастает точность измерения.Но в этом описании не указано, какбудет выглядеть безмостовая схема,а достоинства ее указань для безмостовой. Если, например, будет соединен средний вывод датчика с землей, 20 то схема будет мостовой и работоспо-собной при отсутствии соединениягенератора с землей. Если же будетсоединен с землей один из крайнихвыводов датчика, то схема будет неуд работоспособной из-за того, что одиниз дифференциальных усилителей АФЦстанет недифференциальным, т.е. неинвертирующим и будет усиливать половину напряжения генератора, а другой усилитель будет усиливать все напряжение генератора инвертирующимвходом и усиливать половину напрянения генератора с коэффициентом усиления больше на один раз неинвертирующим входом. Если, например, коэф фициент усиления по неинвертирующемувходу обоих усилителей будет два,то на входе УПТ будет при среднем полон(ении подвижного звена датчиканапряжение, равное величине амплитуды "0 напряжения генератора.Если же дифференциальный датчикбудет питаться от генератора черезтрансформатор с заземленной среднейточкой во вторичной обмотке, то известное устройство будет иметь мостовую схему и будет работоспособным.В этом случае усилители АФД будутусиливать дифференциально два сигнала: напряжение генератора инвертирующим входом и очень малый сигнал со среднего вывода датчика неинвертирующим входом, т.е. усилителиАФД не смогут усилить сигналы датчика более чем в 2 раза.Кроме этого, схема известного устройства является неработоспособной.При отсутствии генератора для питания датчика напряжения. переменного5173и постоянного тока на выходе усилителей АФД должны быть около нуля. Нотак как неинвертирующий вход усилителей в АФД не имеет гальваническогосоединения с общей шиной питания,то на выходе усилителей будет либовсе положительное, либо все отрицательное напряжение источника питания, т.е. усилители будут находить,ся в режиме насыщения. Для исключения этого недостатка необходимо соединить средний вывод дифференциального датчика через резистор илидроссель с общей шиной питанияИзвестное устройство будет работоспособным только с мостовой схемой и при наличии гальваническогосоединения с общей шиной питания неинвертирующего входа усилителей АФД.Но из этого следует, что это устройство не будет обладать теми достоинствами, которые указаны.Устройство имеет значительно больший дрейф усиленного сигнала дифференциального датчика. Сигнал со среднего вывода датчика может быть усилен усилителями АФД в 2 раза. Цепь изпоследовательно соединенных пассивныхэлементов в виде двух диодов и двухрезисторов, включенная между выходами усилителей АфД, будет иметь коэфФициент передачи сигнала около 0,5.Из этого следует, что для усилениясигнала датчика, например, в 200 разкоэффициент усиления УПТ должен быть200, Если в качестве усилителей АФДбудет применена интегральная микросхема КР 1 ЙОУД 2, у которой по ТУдрейф напряжения смещения составляет50 мкВ/К то при усилении его в200 раз дрейф усиленного сигнала датчика будет 10 м 8/К от влияния температуры на усилители АФД. Кроме этогов усиленном сигнале датчика будетусиленный в 200 раз дрейф напряжениясмещения диодов и самого УПТ,Таким образом, недостатками устройства являются при мостовой схеменизкая точность измерения из"за высокого дрейфа усиленного сигналадатчика и неработоспособность прибезмостовой схеме.Целью изобретения является упрощение конструкции за счет применения безмостовой схемы и повышениеточности измерения за счет уменьшения дрейфа усиленного сигнала,атакже . возможность преобразованиУстройство содержит индуктивный дифференциальный датчик 1, подвижное звено 2 которого связано с измеряемым обьектом 3, генератор М для питания датчика 1, инвертирующий повторитель 5 и инвертирующий усилитель 6 которые выполнены на операционных усили" телях, выпрямитеи 7 и 8 напряжений противоположного знака, выполненные по схеме удвоения выпрямленного напряжения, усилитель 9,напряжения по" стоянного тока, который выполнен на операционном усилителе, и показывающий прибор 10Генератор 1 соединен выходом с крайними выводами дифференциального датчика 1, вход повторителя 5 соединен через резистор 11 с выходом генератора и выход с входом выпрямителя 7, вход усилителя б соединен .через резистор 12 со средним выводом дат" чика 1 и через резистор 13 с выходом 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 тем же устройством сигнала недиф-ференциального индуктивного датчикас переменным воздушным зазором.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащее индуктивный дифференциальный датчиклинейных перемещений, генератор стабильной амплитуды и частоты, двавыпрямителя напряжений противоположного знака и последовательно соединенные усилитель напряжения постоянного тока и показывающий прибор,при этом выход выпрямителей соединенс входом усилителя напряжения постоянного тока, введены инвертирующийповторитель и инвертирующий усилителнапряжений переменного тока, входповторителя соединен с выходом ге"нератора, вход инвертирующего усилителя соединен с выходом повторителяи со средним выводом дифференциального индуктивного датчика, крайниевыводы которого соединены соответственно с нулевой шиной питания и свыходом генератора, а вход выпрямителей соединен соответственно с выходом инвертирующего повторителя иинвертирующего усилителя.На фиг. 1 приведена схема устройства для измерения линейных размеров, на фиг, 2 - схема устройствадля измерения линейных размеров,в котором применен недифференциальныйиндуктивный датчик с переменным воздушным зазором,5 е10 15 173 повторителя 5 и выход с входом выпрямителя 8,Такое соединение лает возможность получения второго плеча мостовой схе" мы, с которой осуществляется компенсация напряженного генератора на вход усилителя, усиливающего сигнал датчика.Вход усилителя 10 соединен через резисторы 11 и 15 с выходом выпрямителей 7 и 8 и через резистор 16 с переменным резистором 17,который предназначен для смещения показаний при- бора 10. Напряжение генератора должно быть примерно 4 В, частота 10- 15 кГц.Сопротивление рзеисторов 14 и 15 и коэффициент передачи выпрямителей 7 и 8 должны быть одинаковы. Коэффи" циент усиления напряжения с выхода выпрямителей усилителем 9 должен быть два. Выпрямители 7 и 8, выполненные по схеме удвоения выпрямленного напряжения, будут иметь коэффициент передачи около двух.Если необходимо .усилить. сигнал со 2155 8 20 соединен вход усилителя 6 через резистор 12. ЭтоТ недифференциальный датчик, выполненный на броневом сердечнике Б 18, имеет линейность характеристики преобразования с отклонением не более 2 до величины воздушного зазора 1,2 мм. При этом воздушном зазоре величина .падения напряжения на реактивном сопротивлении индуктивного датчика будет в два раза больше, напряжения генератора, а на реактивном сопротивлении конденсатора будет равно напряжению генератора.При воздушном зазоре датчика около нуля падение напряжения. на.реактивном сопрот ивлении индуктивного датчика будет равно напряжению генератора, а на реактивном сопротивлении конденсатора. около нуля, Так как чувствительность такого недифференциального датчика значительно выше чем у дифференциального при 25 одинаковом напряжении питания, токоэффициент усиления 6 должен быть не более 2, Сопротивление резистора30 среднего вывода датчика в 200 раз, тоусилитель 6 должен будет иметь коэфФициент усиления 50 для сигнала,поступающего через резистор 12. Ре-.зистор 13 должен иметь такую величину сопротивления, чтобы при среднем положении подвижного звена датчика напряжение на выходе усилителя 6 было равно напряжению на выходе повторителя 5. Из этого следует, что в таком случае сопротивление резистора 13 должно быть больше сопро-50 тивления резистора 12 в " " раз.25+1Индуктивный недифференциальный датчик с переменным воздушным зазором (фиг.2), состоит из броневого Ферромагнитного сердечника 18 с об" моткой и из дискового ярма 19. Ярмо 19 является подвижным звеном датчика и связано с измеряемым объектом. 3.Индуктивный недифференциальный датчик соединен с выходом генератора 4 через конденсатор 20, реактивное сопротивление которого для обеспечения линейной характеристики преобразования должно быть равно реактив" ному сопротивлению индуктивного датчика при полностью отведенном подвижном ярме 19,С точкой соединения вывоИа обмотки инлуктивности 18 и конденсатора 12 в этом сл чае олжно быт т у д ь акоивеличины, чтобы при средней величине воздушного зазор в недифференциальном датчике 0,6 мм напряжение навыходе усилителя 6 было равно напряжению на выходе повторителя 5Предлагаемое устройство работает следующим образом,Индуктивный дифференциальный датчик (фиг,1) служит делителем напряжения генератора 1, При среднем положении подвижного звена 2 датчика напряжение на среднем выводе датчика будет в 2 раза меньше напряжения генератора. Ток этого напряжения поступает через резистор 12 на инвертирующий вход усилителя 6, куда поступает через резистор 13 ток напряжения с выхода повторителя 5 с противоположной Фазой. Таким образом, усилитель 6 будет усиливать малой величины разность двух больших напряжений, одно из которых будет изменяться на малую величину пропорционально смещению подвижного звена индуктивного датчика. При среднем положении подвижного звена датчика напряжения на выходе, выпрямителей 7 и 8 будут равны и противоположны по знаку и при среднем положении движка переменного ре9 173зистора 17 показания прибора 10 будут ра вны нулю.Смещение подвижного звена индуктивного датчика в ту или иную сторону в зависимости от изменения размера измеряемого объекта приведет к изменению напряжения на выходе выпрямителя о и к пропорциональному изменению показаний прибора 10.Так как сопротивление реЗисторов11 и 15 на входе усилителя 10 и коэффициент передачи выпрямителей 7 и 8 одинаковы, то при среднем положении подвижного звена индуктивного датчика и среднем положении движка переменного резистора 17 показания прибора 10 не будут изменяться, как и в мостовой схеме включения дифференциального датчика при изменении напряжения генератора или изменении температуры .окружающей среды.Дрейф сигнала на выходе усилителя 9 не будет больше чем в известных аналогах, так как усилителем 9 будет усилен только дрейф выпрямителей а 2 раза. Если же выпрямители будут выполнены по иной схеме, при ко торой они будут иметь гальва-ническую связь с выходами повторителя 5 и усилителя 6, то необходимо будет включить последовательно с резисторами 12 и 13 конденсаторы. В этом случае коэффициент усиления усилителя 6 по постоянному току бу;, дет равен единице и усилитель 10 усилит и дрейф напряжения смещения операционного усилителя в 2 раза, величина которого на выходе УПТ будет меньше, чем в прототипе, например, в 100 раз.Достоинством предлагаемого устройства являются отсутствие в нем трудоемкого в изготовлении трансформа 2155 10тора, более простая схема при сохра-.нении достоинств мостовой схемы, и в нем может быть применен недифференциальный индуктивный датчик с переменным воздушным зазором, а по сравнению с известным. является работоспособным при безмостовой схеме и имеет на два порядка меньший уровень дрейфа усиленного сигнала индуктивного датчика, т.е, более высокую точность измерения. Формула изобретения15Устройство для измерения линейныхразмеров, содержащее индуктивный дифференциальный датчик линейных перемещений, генератор стабильной ампли туды и частоты, последовательно соединенные усилитель постоянного напряжения, вход которого соединен свыходами двух выпрямителей напряженияпротивоположных знаков, и показывающий прибор, подключенный другим входом к общей шине, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точностиизмерения за счет уменьшениядрейфа сигнала датчика, в него введены повторитель и усилитель переменного напряжения, выходы которыхподключены к входам соответствующихвыпрямителей напряжений противоположных знаков, а инвертирующие входы З 5 соединены соответственно с выходомгенератора стабильной амплитуды .ичастоты и выходом повторителя, подключенным к среднему выводу индуктивного дифференциального датчикалинейных перемещений, крайние выводы которого соединены соответственно с выходом генератора стабильнойамплитуды и частоты и с общей шиной;,Янкович Редак Тираж Подписно омитета ао изобретениям и отрог Москва, Ж"35, Раущская наб., д. 4 Заказ 1574ВНИИПИ Государственного113035 и ГКНТ ССС оизводственно-издатель омбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагари