Бесконтактный преобразователь линейных перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01B7/00 

ел

о

00

о со

Изобретение относится к технике электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для точного преобразования линейных механических перемещений в пропорциональный электрический сигнал.

Цель изобретения - повышение точности и надежности за счет использования резистивно-индуктивного моста в качестве датчика перемещения и конструкции соленоида в составе этого датчи.ка.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Преобразователь содержит генератор I, делитель 2 частоты, элемент НЕ 3, элемент И-НЕ 4, элемент НЕ 5, элемент И-НЕ 6, элемент И-НЕ 7, фильтр 8 низкой частоты, резистивно-индуктивный мост 9, содержащий катушку 10 индуктивности, обмотку 11, каркас 12, стержень 13, катущку 14 индуктивности, обмотку 15, стержень 16, резисторы 17 и 18, а также блок 19 регистрации, дифференциальный усилитель 20, фазовый детектор 21, шину 22 нулевого потенциала.

Генератор 1 подключен ко входу делителя 2 частоты на 2, выходы генератора 1 и делителя 2 частоты подключены к входам двух одинаковых цепочек, составленных из последовательно соединенных логических элементов НЕ 3, 4, и И-НЕ 5, 6. Эти элементы совместно с элементом И-НЕ 7, входы которого подключены к выходам элементов И-НЕ 4, 6, образуют фазосдвигающую на 90° цепь для формирования управляющего напряжения фазового детектора 21.

Выход делителя 2 частоты подключен ко входу фильтра 8 нижних частот, предназначенного для выделения первой.гармоники и формирования синусоидального напряжения питания резистивно-индуктивного моста 9.

Первая катушка 10 индуктивности выполнена в виде однослойной плотной обмотки 11, уложенной на цилиндрическом немагнитном каркасе 12, имеющем разрез по образующей. Внутри катушки 10 перемещается цилиндрический стержень 13, выполненный из немагнитного металла и жестко связанный с перемещающимся контролируемым объектом.

Вторая катушка 14 индуктивности выполнена в виде цилиндрической обмотки 15 с регулируемым магнитным сердечником 16. Это плечо моста служит для балансирования и первоначальной установки выходного напряжения моста 9, что достигается изменением положения магнитного стержня 16 вдоль обмотки 15.

К измерительной диагонали моста 9 {точки а-а) подключены входы дифференциального усилителя 20, к выходу которого подключен вход фазового детектора 21, к

управляющему входу которого подключен выход логического элемента 7 И-НЕ.

К выходу фазового детектора 21 подключен блок 19 регистрации.

Работа преобразователя перемещения основана на линейной зависимости индуктивности катущки 10 от положения немагнитного стержня 13, который представляет собой индуктивно связанную с первичной

,, обмоткой 11 вторичную «короткозамкнутую обмотку (или вторичную индуктивность). Коэффициент магнитной связи (взаимная индуктивность) первичной обмотки 11 и вторичной индуктивности стержня 13 линейно зависит от положения последнего относитель5 но обмотки 11.

Регулировкой индуктивности катушки 14, которая осуществляется осевым смещением стержня 16 в обмотке 15 путем его вращения с помощью щлица, производится первонад чальная балансировка моста 9 при любом начальном положении немагнитного стержня 13 в катушке 10. Как видно из фиг. 2, напряжение от генератора 1 1/г на входе делителя 2 частоты Удел фильтруется фильтром 8, на выходе которого напряжение t/ имеет

5 синусоидальную форму и совпадает по фазе с напряжением (7лел..

Напряжения на индуктивных плечах моста Ua. сдвинуты относительно питающего напряжения t/м на 90°. Напряжение измери0 тельной диагонали моста 9, определяемое положением стержня 13 катушки 10, и следовательно, разницей индуктивности плеч, поступает на вход дифференциального усилителя 17, а с его выхода усиленное напряжение поступает на фазовый де5 тектор 21. Напряжение (УФ.1 также вдвинуто по фазе относительно питающего мост напряжения (Ум на 90°. Для нормальной работы фазового детектора 21 его управляющее напряжение t/K должно быть в фазе с его входным напряжением (Уфд. Необхо димый для этого сдвиг фазы напряжения (Удел на 90° достигается с помощью элементов 3-7, которые реализуют логическую функцию вида

45

Ук ( гД t/Дел) Л (-Л -)

Как следует из фиг. 1, благодаря реализации этой логической функции напряжение коммутации фазового детектора 21 UK оказывается сдвинутым по фазе с напряжением на входе фазового детектора 21 t/Фд. Среднее значение выходного напряжения фазового детектора 21 (УФД связано линейной зависимостью с величиной смещения стержня 13 в катушке 10, которое фиксируется в блоке 19 регистрации. В данном

преобразователе используется зависимость индуктивности катушки 10 от величины вторичной индуктивности, вносимой немагнитным, но проводящим цилиндрическим стержнем 13. Эта зависимость теоретически линейна, и диапазон ее линейности, определяемый только соотношением длины и диаметра, катушки, может быть, сколь угодно большим. Практически целесообразно исполь- зовать преобразователи такого типа с диапазоном линейных перемеш,ений от 10-20 до 500-700 мм.

Формула изобретения

выполнен в виде однослойной обмотки, размешенной на металлическом немагнитном цилиндрическом каркасе с разрезом вдоль образующей, внутри каркаса расположен с возможностью перемешения в наорав лении оси металлический немагнитный сердечник, вторая катушка индуктивности выполнена с возможностью регулирввки индуктивности, выход генератора подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, входу первого элемента НЕ и через делитель частоты - к входам второго элемента НЕ, фильтра низкой частоты и первому входу второго элемента И-НЕ, выходы первого и второго элементов НЕ подБесконтактный преобразователь линейных перемещений, содержащий генератор, дифференциальный усилитель, два резис iEBPr

И-НЕ, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, выход фильтра низкой частоты через первый и второй резисторы подключен к вторым выводам соответственно первой и второй катушек

лителя подключен к первому входу фазового детектора, выход KOjoporo подключен к входу блока регистрации, первые выводы катущек индуктивности подключены к шине нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности в него введены делитель частоты, два элемента НЕ, три элемента И-НЕ и фильтр низкой частоты, первый соленоид

индуктивности и соответственно к инверсному и прямому входам дифференциального усилителя.

выполнен в виде однослойной обмотки, размешенной на металлическом немагнитном цилиндрическом каркасе с разрезом вдоль образующей, внутри каркаса расположен с возможностью перемешения в наорав лении оси металлический немагнитный сердечник, вторая катушка индуктивности выполнена с возможностью регулирввки индуктивности, выход генератора подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, входу первого элемента НЕ и через делитель частоты - к входам второго элемента НЕ, фильтра низкой частоты и первому входу второго элемента И-НЕ, выходы первого и второго элементов НЕ подiEBPr

И-НЕ, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, выход фильтра низкой частоты через первый и второй резисторы подключен к вторым выводам соответственно первой и второй катушек

индуктивности и соответственно к инверсному и прямому входам дифференциального усилителя.

Изобретение относится к технике электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для точного преобразования линейных механических перемещений в пропорциональный электрический сигнал. С целью повышения точности и надежности за счет использования резистивно-индуктивного моста в качестве датчика перемещения и конструкции катушки индуктивности в составе этого датчика в преобразователь, содержащий генератор 1, катушки 10 и 14 индуктивности, блок 19 регистрации, дифференциальный усилитель 20, фазовый детектор 21, шину 22 нулевого потенциала, введены делитель 2 частоты, элемент НЕ 3, элемент И-НЕ 4, элемент НЕ 5, элемент И-НЕ 6, элемент И-НЕ 7, фильтр 8 низкой частоты, резистивно-индуктивный мост 9, обмотка 11, каркас 12, стержень 13, обмотка 15, стержень 16, резисторы 17 и 18. Работа преобразователя основана на линейной зависимости индуктивности катушки 10 от положения немагнитного стержня 13, который эквивалентен короткозамкнутой обмотке, связанной индуктивно с обмоткой 11. 2 ил.

фир.2