ИНДУКТИВНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для точных измерений в различных областях производства.

Известен индуктивный дифференциальный преобразователь [1], содержащий автогенератор, измеритель амплитуды, две измерительные цепи, каждая из которых состоит из индуктивного датчика и конденсатора, включенных в цепь обратной связи автогенератора. Однако при последовательном включении измерительных цепей устройство обладает недостаточной точностью.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является индуктивный измеритель перемещений [2], содержащий автогенератор, измеритель амплитуды и две измерительные цепи, каждая из которых состоит из индуктивного датчика и конденсатора, включенных в цепь обратной связи автогенератора, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений измерительные цепи включены параллельно, измеритель амплитуды подключен к точкам соединения датчиков с конденсаторами, а датчики образуют дифференциальный преобразователь.

Из-за того, что каждая LC-цепь имеет свою собственную резонансную частоту, которая меняется при изменении индуктивности L, измеритель перемещений обладает переменной чувствительностью и, следовательно, нелинейной функцией преобразования, что повышает погрешность измерения и сужает диапазон.

Задача изобретения - повысить точность и расширить диапазон измерения.

Для этого в индуктивный измеритель перемещений, содержащий автогенератор, две параллельные измерительные цепи, включенные в цепь обратной связи автогенератора, каждая из которых состоит из конденсатора и индуктивного датчика, образующего с другим индуктивным датчиком дифференциальный преобразователь, и измеритель амплитуды, подключенный к точкам соединения датчиков с конденсаторами, в каждую измерительную цепь введены два последовательно соединенных конденсатора с постоянной и переменной емкостями, подключенные параллельно исходному конденсатору, и выпрямитель, вход которого подключен к точке соединения индуктивного датчика с измерителем амплитуды, а выход - к выводу конденсатора с переменной емкостью. Емкость конденсатора управляется напряжением постоянного тока, подаваемого с выхода выпрямителя. Благодаря такой схеме измерителя перемещений удается поддерживать обе измерительные цепи в условиях резонанса, управляя переменной емкостью в каждой цепи по закону ΔC = -kΔL, где ΔC - изменение переменной емкости, k - константа, ΔL - изменение индуктивности датчика. Каждая LC-цепь при изменении ΔL сохраняет максимальную чувствительность. Так как индуктивные датчики образуют дифференциальный преобразователь, при сохранении резонансной частоты каждой измерительной цепью рабочий интервал датчиков становится линейным, что расширяет диапазон измерений по сравнению с прототипом.

Схема индуктивного измерителя перемещений представлена на чертеже.

Измеритель содержит индуктивные датчики 1 и 2, конденсаторы 3 и 4, кольцевой диодный детектор 5-8, измеритель 9 амплитуды, автогенератор на транзисторах 10 и 11, трансформатор 12, выпрямители 13 и 14, конденсаторы переменной емкости, управляемые напряжением постоянного тока (варикапы) 15 и 16, конденсаторы постоянной емкости 17 и 18.

Устройство работает следующим образом. Когда единый стержень индуктивных датчиков 1 и 2, являющийся подвижным элементом (измерительным стержнем) измерителя перемещений, находится в исходном состоянии, обе параллельные цепи симметричны, измеритель перемещений находится в резонансном режиме, измеритель амплитуды показывает нулевой сигнал. Смещение измерительного стержня индуктивных датчиков от нейтрального положения на величину Δl вызовет увеличение индуктивности одного датчика и уменьшение индуктивности другого на одну и ту же величину. Положим, что величина индуктивности датчика 1 уменьшилась на величину ΔL. Это уменьшит напряжение на выходе преобразователя 13, которое управляет варикапом 16. Емкость варикапа увеличится на величину ΔC = -k₁ΔL, где k₁ - константа, определяемая значениями исходных номиналов элементов измерительной цепи и условием ее резонанса LC = const.

Увеличение емкости измерительной цепи компенсирует уменьшение ее индуктивности, что приведет к сохранению резонансной частоты цепи, равной частоте колебаний автогенератора. Аналогичные явления, но противоположного знака произойдут во второй измерительной цепи. Благодаря этому чувствительность устройства сохраняет свое наибольшее значение во всем измерительном диапазоне датчиков, что увеличивает точность измерения и расширяет диапазон измерений по сравнению с прототипом. Так как величина индуктивности датчиков в обеих измерительных цепях изменяется в условиях резонанса на одну и ту же величину, но имеет противоположные знаки, измеритель 9 амплитуд будет отмечать разность потенциалов линейно, пропорциональную примерно 2ΔL, а именно: ΔU = 2iωΔL = k•Δl, где ΔU - разность потенциалов, i - величина тока в цепях, ω - резонансная частота, k - коэффициент преобразования перемещения измерительного стержня в разность потенциалов, т.е. функция преобразования в напряжение имеет линейный вид, что также является преимуществом указанного измерителя перед прототипом.

Использование: для точных измерений перемещений в различных областях производства. Сущность изобретения: изобретение позволяет благодаря введению в каждую измерительную цепь конденсаторов 15 или 16 с переменной емкостью, конденсатора 17 или 18 с постоянной емкостью, преобразователя приращения индуктивности 13 или 14, служащего для управления напряжения постоянного тока емкостью 15 или 16, поддерживать обе измерительные цепи в условиях резонанса, управляя переменной емкостью в каждой цепи по закону ΔC = -KΔL, где ΔC - изменение индуктивности датчика. Это повышает чувствительность и расширяет диапазон измерений по сравнению с прототипом. 1 ил.

Индуктивный измеритель перемещений, содержащий автогенератор, две параллельные измерительные цепи, включенные в цепь обратной связи автогенератора, каждая из которых состоит из конденсатора и индуктивного датчика, образующего с другим индуктивным датчиком дифференциальный преобразователь, и измеритель амплитуды, подключенный к точкам соединения датчиков с конденсаторами, отличающийся тем, что он снабжен двумя парами последовательно соединенных конденсаторов постоянной и переменной емкости, каждая из которых подключена параллельно соответствующему конденсатору в измерительной цепи и двумя выпрямителями, каждый из которых присоединен своим входом параллельно индуктивному датчику в соответствующей измерительной цепи, а выходом с выводом соответствующего конденсатора переменной емкости.