Устройство для измерения линейных перемещений объекта Советский патент 1988 года по МПК G01B17/00 

00 535 Ю

ч|

1

Изобретение относится к устройствам для измерения перемещений объекта и служит для использования в предложенной цифровой системе автоматического управления.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений за счет выполнения подвижного ползуна с двумя оппозит- но разъединенными пазами, с которыми взаимодействуют Г-образные рычаги.

На фиг. 1 приведено предлагаемое устройство общий вид; на фиг. 2 - то же, верхняя часть в аксонометрии; на фиг. 3 - то же, внешний вид.

Устройство для измерения линейных перемещений объекта содержит неподвижный корпус 1 с направляющими вырезами 2, в которых с возможностью перемещения установлен ползун 3 с верхним наклонным пазом, 4 и с нижним наклонным пазом 5. К неподвижному корпусу 1 с помощью регулировочных гаек 6 жестко присоединены держатели 7,- к которым с помощью осей 8 присоединены поворотные Г-образные рычаги 9, взаимодействующие с наклонными пазами 4 и 5 ползуна 3. С Г- образными рычагами 9 жестко соединены крепежные колодки 10, снабженные направляющими 11 и зажимами 12, в которых помещены пьезоэлектрические трансформаторы 13 с наконечниками 14

Пьезоэлектрические трансформаторы 13 снабжены первыми 15 и вторыми 16 электродными секциями. К крепежным колодкам 10 жестко присоединены направляющие втулки 17 с перемещающимися в них конусными штоками 18, через цилиндрические пружины 19 взаимодействующие с наконечниками 14 пьезоэлектрических трансформаторов 13. В неподвижном корпусе 1 выполнены дугообразные направляющие 20, с которыми взаимодействуют конусные штоки 18,

Устройство содержит также генератор 21, с которым электрически соединены первые электродные секции 15 пьезоэлектрических трансформаторов 13, соединенный с генератором 21 источник 22 питания, измерительный блок 23, элемент 24 сравнения, блок 25 управления, з акрепленные в неподвижном корпусе 1 пластинчатые пру- лсины 26, измерительный блок 23 снабжен индикатором 27. Вторые электродные секции 16 подключены к измери

10

15

20

25

3686272

тельному блоку 23 через элемент 24 сравнения, выход которого через блок 25 управления присоединен к объекту 28, линейное перемещение которого требуется замерять.

Устройство для измерения линейных перемещений объекта работает следзпощим образом.

Перед началом измерения объект 28 жестко соединяется с ползуном З , Г-образные рычаги 9 своими рабочими концами взаимодействуют со средней частью верхнего наклонного паза 4 и нижнего наклонного паза 5 ползуна 3. С помощью регулировочных гаек 6 производят регулировку начальных статических сжимающих усилий воздействия винтовых цилиндрических пружин 19 на пьезоэлектрические трансформаторы 13 через, наконечники 14. Затем первые электродные секции 15 пьезоэлектрических трансформаторов 13 возбуждаются от источника 22 питания и генератора 21 на резонансной частоте пьезоэлектрических трансформаторов 13.

Резонансные колебания в пьезоэлектрических трансформаторах 13 возникают в результате установления в них стоячих ультразвуковых волн.

При включении линейного перемещения объекта 28 он перемещает ползун 3 по выполненньм в неподвижном корпусе 1 направляющим вырезам 2, например, вправо.

Ввиду изменения первоначального расстояния от центра н аправляющей втулки 17 до поверхности дугообразных направляющих 20, свободные концы Г-образных рычагов 9, .расположенных в верхнем 4 и нижнем 5 наклонных пазах, преодолевая с одной стороны усилие пластинчатой пружины 26, а с другой стороны под воздействием усилия пластинчатой пружины 26 поворачивают Г-образные рычаги 9 в осях 8, что вызывает перемещение крепежных колодок 10 и пьезоэлектрических т рансформаторов 13, смещение конусных штоков 18 и жесткое увеличение сжимающего усилия первой цилиндрической пружины 19 при одновременном плавном уменьшении сжимающего усилия от воздействия второй цилиндрической пружины 19. При этом, ввиду параллельности между собой держателей 7 сумма углов поворота Г-образных рычагов 9 по всему диапазону переме30

35

40

45

50

55

щений остается постоянной. Измерени перемещений от начального нулевого положения во всех диапазонах, обеспечивающее дифференциальный съем анлогового сигнала, осуществляется за счет разности выходных напряжений вторых электродных секций ,16 пьезоэлектрических трансформаторов 13.

Изменение статических сжимающих усилий воздействия на пьезотрансфор- маторы 13 создает изменение напряжения, возникающего на их вторых электродных секциях 16 по тому же закону в зависимости от приложенного усилия. Это напряжение (аналоговый сигнал) поступает на вход измерительного блока 23 через элемент 24 сравнения, который выполнен в виде операционного усилителя с дифференциальным входом.

После сравнения в элементе 24 сравнения аналоговый сигнал, характеризующий фактическое перемещение ползуна 3 на заданную величину, определяемую задатчиком, поступает в блок 25 управления, дающий команду на отключение реремещения объекта 28 Численные показатели перемещения высвечиваются индикатором 27 измерительного блока 23.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений объекта, содержащее неподвижный корпус, подвижно закрепленный на нем взаимодействущий с объектом ползун, взаимодействующий с ползуном пьезоэлектрический тран0

5

0

5

0

5

сформатор с первой и второй электродными секциями, установленный между ползуном и пьезоэлектрическим трансформатором механизм воздействия на пьезоэлектрический трансформатор, соединенный с первой электродной секцией генератор и соединенный с второй электродной секцией измеритель- ньй блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, оно снабжено вторым пьезоэлектрическим трансформатором с первой и вторбй электродными секциями, соединенными соответственно с генератором и измерительным блоком, и размещенным симметрично первому пьезоэлектрическому трансформатору относительно ползуна блоком сравнения, соединенным с вторыми секциями пьезоэлектрических трансформаторов и с измерительным блоком, в ползуне выполнены два оппозитно расположенных параллельных паза, наклоненных относительно направления перемещения ползуна, механизм воздействия на пьезоэлектрические трансформаторы выполнен в виде двух закрепленных на неподвижном корпусе с возможностью поворота Г-образных рычагов, подпружиненных своими свободными концами к пазам лолзуна, выполненньрс в неподвижном корпусе двух дугообразных направляющих, установленных соосно с трансформаторами двух конусных штоков, своими конусами взаимодействующих с дугообразными направляющими и подпружиненных относительно пьезоэлектрических трансформаторов.

/ / / / / / / ff 1в П П tS л /I/

(Риг.1

Изобретение относится к устройствам для измерения перемещений объекта и может быть использовано в прецизионных цифровых системах автоматического управления. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений за счет выполнения подвижного ползуна с двумя оппозитно расположенными наклонными пазами, с которыми взаимодействуют Г-образные рычаги. При линейном перемещении объекта он воздействует на ползун. Перемещение ползуна приводит к синхронному повороту Г-образных рычагов, поворачивающих пьезоэлектрические трансформаторы с первыми и вторыми электродными секциями и конусные штоки. Последние, взаимодействуя с дугообразными направляющими одновременно на одну и ту же величину, усиливают нажим цилиндрической пружины на один из пьезоэлектрических трансформаторов и снижают усилие нажима на второй пьезоэлектрический трансформатор, что приводит к появлению сигнала, пропорционального величине линейного перемещения объекта. 3 ил.

го

Фиг. г

/7

If

J2

2 27

Фиг.З