Датчик линейных перемещений Советский патент 1988 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений различных объектов.

Цель изобретения - повышение точг ности и расширение диапазона измерений за счет совмещения тестового и нониусного методов измерения.

На чертеже изображена структурная схема датчика линейных перемещений. Датчик линейных перемещений содержит корпус 1, дифференциальную катушку 2 индуктивности с секциями 3 и 4, по оси которой перемещается под- вижный шток 5 с закрепленным на нем ферромагнитным сердечником 6, В корпусе 1 параллельно продольной оси симметрии катушки 2 установлен микрометрический винт 7, образующий вин- товую передачу с гайкой 8, закрепленной неподвижно на катушке 2 в ее поперечной плоскости симметрии. В корпусе I установлен также шаговьй электродвигатель 9, выходной вал ко- торого соединен с одним концом микрометрического винта 7, и направляющая 10 катушки 2. Шаговьй электродвигатель 9, микрометрический винт 7 и гайка 8 образуют привод для переме щения катушки 2 индуктивности.

Датчик линейных перемещений работает следующим образом,

В исходном состоянии катушку 2 устанавливают так, что поперечная пло- скость ее симметрии находится в некотором среднем положении относительно тордовых стенок корпуса 1. От

этого. положения х отсчитывается

о

измеряемое перемещение х. Таким образом, в датчике обеспе 1ивается возможность измерения как положительных, так и отрицательных перемещений. За положительное направление изменения х условно принимают направление, обозначенное стрелкой на чертеже,Под действием измеряемого перемещения х шток 5 с ферромагнитным сердечником 6 занимает некоторое положение внутри корпуса 1, При этом сердечник 6 может оказаться как внутри катушки 2, так и вне ее. По сигналу с блока управления (не показан) к измерительной схеме (не показана) последовательно подключают секции 3 и 4 катушки 2 индуктивное- ти и сравнивают снимаемые с них электрические сигналы N и N .Соотношение N , -N 2 означает, что сер10

IT202530

668672

дечник 6 либо.находится от катушки 2,либо большая его часть вдвинута в секцию 3. По сигналу с блока управления включается шаговьй двигатель 9, вал которого поворачивается на строго определенньй угол, что обеспечивает смещение катушки 2 с помощью винтовой передачи по направляющим 10 на один шаг .-.в направлении сердечника 6, В новом положении катушки 2 индуктивности вновь производят измерение и сравнение сигна4,

лов N ,j и N секций 3 и

Описанная процедура повторяется до тех пор, пока не устанавливается соотношение N.. Это означает, что в результате последнего п-го шага поперечная плоскость симметрии катушки. 2 перешла середину сердечника 6. Число п шагов л катушки 2, а также значения N и N,, соответствующие каждому предшествующему шагу катушки 2, запоминаются. Сигналы

N;, N

N, и N о . 4

, и, jvj п i, соответствуют следующему взаимному расположению ферромагнитного сердечника и включенной секции катушки 2,

При аппроксимации выходной характеристики датчика параболической зависимостью с коэффициентч1ми .а, Ъ и с преобразования можно определить значение измеряемого перемещения х в следующем виде:

г N. - N-i-,

)Тк;-:хГ

Из этого выражения следует, что нестабильные коэффициенты а, Ъ и с

функции преобразования датчика не - входят в конечное выражение для х, благодаря чему снижаются составляющие систематической погрешности: ад- дитивная, мультипликативная и погрешность нелинейности, связанные с изменениями коэффициентов с, Ъ и а соответственно.

Следует подчеркнуть, что в датчике линейных-перемещений при определеНИИ каждого значения х используются две пары сигналов, снимаемых с секций 3 и 4 дифференциальной катушки 2 индуктивности в моменты нахождения ее в положениях, наиболее близких

(с точностью до U) к положению, симметричному относительно сердечника 6. Эти точки, соответствующие середине рабочего участка катушки 2 индуктивности, характеризуются ми. нимальной погрешностью аппроксимации, что обеспечивает дополнительное повьшение точности измерения перемещений.

Значительное расширение диапазона измерения в датчике обеспечивается за счет дискретных смещений катушки 2, число шагов п которых практически не ограничено, благодаря чему катушка всегда отыщет сердечник, обеспечив измерение текзпцего значения х.

В датчике линейных перемещений фактически реализуется нониусный метод измерения. При этом основная составляющая измеряемого перемещения , равная и & ) точно фиксируется путем счета числа п дискретных шагов катушки 2, а величина перемещения определяется с повьш1енной точностью благодаря реализации тестового метода измерения.

10

366867

Формула изобретения

Датчик линейных перемещений, содержащий корпус, двухсекционную диф- ференцирующую катушку индуктивности, установленную с возможностью переме- щения в направлении ее продольной оси, размещенный соосно в катушке ферромагнитный сердечник со штоком, предназначенным для связи с объектом контроля, и привод для перемещения катушки индуктивности, отличающийся тем, что, с целью повы- шения точности и расширения диапазо- 15 на измерений, привод катушки вьшол- нен в виде шагового электродвигателя и винтовой передачи, гайка которой закреплена на катушке индуктивности в ее поперечной плоскости симметрии, а микрометрический винт которой кинематически связан с валом шагового электродвигателя и установлен в корпусе параллельно продольной оси катушки индуктивности.

20

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повьпче- ние точности и расширение диапазона измерений датчика линейных перемещений индуктивного типа, которьй содержит дифференциальную катушку 2 индуктивности, установленную с возможностью перемещения вдоль направляющей 10 под действием приводного механизма, состоящего из шагового двигателя 9 и винтовой передачи, вьшолненный в виде микрометрического винта 7 и гайки 8. Соосно с катушкой 2 индук- тивности размещается ферромагнитный сердечник 6, связанный со штоком 5, предназначенным для присоединения к объекту контроля. В исходном положении катушка 2 располагается в среднем сечении по длине корпуса 1 датчика. В процессе измерения перемещений секции 3 и 4 катушки 2 поочередно под-. ключаются к измерительной с хеме и по соотношению величин сигналов определяется, Б каком положении относительно катушки 2 находится сердечник 6 датчика. Затем включается шаговый двигатель 9, который через винтовую передачу шагами известного размера перемещает катушку 2 в сторону сердечника . При каждом шаге снимаются показания датчика. Длина шага перемещения используется как эталонное перемещение при реализации тестового метода измерения перемещений. 1 ил. s (Л 00 Од Од СЮ Од vj