Способ преобразования перемещения в фазу и дифференциально-трансформаторный датчик для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

1

Из брртеиие 0111ОГ111СЯ к KcHTpiv ii.- ио-измери гельиой тоуиике и мг) быт нсполь-юяаио для измерения линейных перемещений объектов.

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет увеличения чувствительности.

На фи1 . i представлена конструктивная схема дифференциально-трансформаторного датчика перемещения, реализ тощего способ преобразопания перемещения в фазу; на фиг.2 - электрическая схема датчика; на фиг.3 - векторная диаграмма выходных сигналов.

Дифференциально-трансформаторный датчик с разделенными магнитными цепями рабочей и компенсационной частей, обеспечивающий преобразование напряжения в фазу, содержит броневой ферромагнитный сердечник 1 Ж-образ- ного сечения и установленньп с возможностью перемещения ферромагнитный якорь 2, связываемый в процессе измерения с контролируемым объектом и размещенны 1 у открытого конца рабочей части сердечника 1. Замыкающая ферромагнитная пластина 3 размещена у открь того конца компенсационной части сердечника 1. На центральном стержне сердечника в его рабочей и компенсационной частях размещены секции 4 и 5 первичной обмотки секции 6 и 7 вторичной обмотки и дополнительная секция 8 вторичной обмот мотки, размещенная в компенсационной части сердечника I. Секции 4 и 5 электрически соединены последовательно согласно, а секции 6-8 соединены в одной точке встречно, образуя звезду (фиг.2). Параллельно секциям 7 и 8 подключены фазосдвигающие контуры 9 и 10, выходы которых подключены к фазометру I1. Фазосдвигающие контуры 9 и IU могут быть выполнены в виде RC-цепей или фазовращателей другого типа. Для обеспечения температурной компенсации число витков секций 6-8 целесообразно выбирать одинаковым.

Способ преобразования перемещения в фазу осуществляют с помощью датчика следующим образом, f

При подключении первичной обмотки (секции 4 и 5) к источнику питания синусоидального тока в секциях 6-8 вторичной обмотки возбуждаются напряжения U,, Uj и П., соответствен 1; S.

}|; . ( помогдьн фа ик дчиг лющих P lii У и 1П между нагтряж(;нимми Ь , п

1,,, и и и, устанашпп1ают М ь f.,,,,, J 1 г н т р /

слпнга фаз, отличные от О и 180 и 5 гритивоположиме по знаку, для чего понорачивают векторы напряжений U

(фиг.3). Напряи и относитель)1о U,

жение и, и и.

и и суммируют, а

результирующие суммарные сигналы

Uj , и и

17

подают на фазометр 1I, регистрирующий разность фао лЧ между ними.

Если например, в исходном положении зазор между сердечником 1 и якорем 2 минимгшьный, то с помощью замыкающей компенсационной пластины 3 настраивают датчик по показаниям фазометра 11 на некоторое начальное значение отсчета. При перемещении

контролируемого объекта и связанного с ним якоря 2 в направлении увеличения зазора обеспечивается модуляция напряжения на обмотках датчика в функции перемещения, а именно, напряжение U , возбуждаемое в секции

6.

з

уменьшается, а напряжение U и, в секциях 7 и 8 возрастает.

Функция преобразования датчика жет быть получена из выражений

Ч

arctg

f arctg

Eil}l Jij..

и,

-if .K,

л

.

ч

c.

- фазы результирующих

и U относигде ., , .

суммарных сигналов U. г, ,

тельно вектора напряжения 1.1, ;

р 1 фазы напряжений U и U относительно того же вектора напряжения и,.

При изменении модулирований на-- пряжений на секциях вторичной обмотки в функции перемещения изменяются величина и фаза суммарных сигналов напряжений Uj. - у9 вследствие чего изменяется разность фаз ДЧ,- суммарных сигналов, которая определяется вьфажением и является выходным сигналом данного датчика

. arctg --iiD:f-f i-

.

arctg

.,

-- + cos f

U,Pt.7

к

Him о/тииаксны.ч 4i ;i.i:-: иг1 ии LcKiinFix p,-i6o4(;i i ( Пмг)тки ) - f,

Ь ,., 1 , так что

, 2arctg -.-5iLi- -r i-,

,

вследствие чего обеспечивается удвоение чувствительности датчика, ввиду чего повьппается точность преобразо - вания перемещения п фазу

Формула изобретения

1. Способ преобразования перемеще НИН в фазу, заключающгтйся в том, что возбуждают сдвинутые по фазе первый и второй гармонический сигналы, по меньшей мере один сигнал модулируют по амплитуде в функции перемещения, отличающийся тем, что, с целью повыпения точности, возбужда ют третий гармонический сигнал, два из возбужденных сигналов поворачивают относительно модулированного сигнала на противоположно направленные углы If , где О i Ц 1 80° , и геометрически суммирутот их с модулированным сигналом, а о перемещении судят по разности фаз суммарных сигналов.

10

)5

:i, iS. 4

2 . Лиффсренциа.чьио-трангформлт ор- HMti дп гчик г разделенными маг нит- нмми цепями его рабочей и компсисл- ционно1( частей для преобрачопания пе- 5 ремрщения в фазу, содержащий броневш ферромаг нитный сердечник с центральным стержнем, установленный с возможностью перемещения около открытого конца рабочей части сердечника, ферромагнитный якорь, размещенньпт у открытого конца компенсационной час ти сердечник замыкающую ферромагнитную пластину и двухсекционные первичную и вторичную обмотки, секции которых размещены на центральном стержне сердечника в его рабочей и компенсационной частях и соединены электрически последовательно сог-лас- но и последовательно встречно соответственно, отличающийся тем, что,датчик снабжен дополнительной секцией вторичной обмотки и двумя фазосдвигаюпшми контурами, дополнительная секция размещена в компенсационной части датчика и электрически ппдсоединена к общей точке встречно соединенных секций вторичной обмотки, а фазосдвигающие контуры подключены параллельна секциям вторичной обмотки, размещенным в компенсационной части.

20

5

0

Изобретение относится к контроль-; но-измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений объектов. Цель изобретения - повышение точности способа преобразования перемещения в фазу и осуществляющего этот способ дифференциально-трансформаторного датчика перемещения с разделенными магнитнъми цепями рабочей и компенсационной частей. Этот датчик содержит броневой ферромагнитный сердечник Ж-образ- ного сечения, на центральном стержне которого размещены секционированные первичная и вторичная обмотки, В рабочей части сердечника датчика размещены первая секция первичной и первая секция вторичной обмоток, а в компенсационной части сердечника датчика размещены вторая секция первичной обмотки, соединенная с первой секцией последовательно согласно, и вторая и третья секции вторичной обмотки, соединенные с первой секцией встречно в общей точке,образуя звезду. Параллельно второй и третьей секциям вторичной обмотки, размещенным в компенсационной части датчика, подсоединены фазосдвигающие контуры, обеспечивающие поворот сигналов, возбуждаемых в этих секциях относительно сигнала в первой секции на углы противоположного знака, лежащие в пределах О 180°. Сигналы со второй и третьей секций геометрически складываются с сигналом первой секции, а разность фаз результирующих суммарных сигналов регистрируется с помощью фазометра. Для связи датчика с контролируемым объектом служит якорь, а для настройки датчика на начальное значение служит замыкающая ферромагнитная пластина, размещенная у открытого конца компенсационной части сердечника. При увеличении зазора между якорем и сердечником напряжение на первой секции вторичной обмотки уменьшается, а на второй и третьей - увеличивается, что приводит к изменению разности фаз между результирующими суммарными сигналами. Использование двух результирующих сигналов позволяет практически вдвое повысить чувствительность преобразования перемещения в фазу, а следовательно, и точность измерения перемещений. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. с W

Фиг.

Фиг 2

и.

(г

и.

41

Редактор М.Бланар

Составитель Л.Гуськов

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пипипенко

Заказ 4615/43 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4