Индуктивный датчик перемещения с фазовым выходом Советский патент 1989 года по МПК G01B7/00 

ел to

4

00

ел

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

Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности в работе датчика.

На фиг„1 приведена электрическая блок-схема датчика; на фиг.2 - схема конструкции датчика; на фиг.З - векторная диаграмма сигналов датчика.

Индуктивный датчик с фазовым выходом (фмг.О содержит источник 1 i переменного напряжения, трансформатор 2, масштабирующий контур 3 в виде последовательно включенных фазовращателя 4 и масштабирующего звена 5, индуктивный преобразователь 6, сумматор 7, фазометр 8. Контролируется перемещение объекта 9.

Первичная обмотка трансформатора 2 включена между выходом источника 1 переменного напряжения и сигнальным выводом катзшки индуктивного преобразователя 6, а сигнальный вывод вторичной обмотки трансформатора 2 соединен с входом фазовращателя 4 масштабирующего контура 3.

Конструктивно индуктивный преобразователь 6 (фиг.2) представляет собой размещенные в броневых ферромагнитных чашках 10 и 11 с центральными сердечниками соответственно катушку 12 индуктивности и трансформатор из первичной 13 .и вторичной 14 обмоток. Со стороны открытого торца ферромагнитной чашки 10 размещен объект 9 контроля, а со стороны закрытого торца размещен трансформатор, причем открытый торец чашки 11 обращен в сторону закрытого торца чашки 10, который выполняет функцию замыкающей пластины магнитопровода трансформатора.

Индуктивный датчик перемещений работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение J (фиг.1) с выхода источника 1 переменного напряжения, имеющего малое внутреннее сопротивление, через первичную обмотку трансформатора 2 по- ступает на катушку индуктивного преобразователя 6. При перемещении объекта 9 контроля, например, в сторону увеличения зазора X уменьшаются индуктивность, а также индуктив0

5

0

5

0

5

0

5

0

ное и полное сопротивление катушки индуктивности преобразователя.

Так как источник 1 переменного напряжения имеет малое внутреннее сопротивление, то при уменьшении полного сопротивления катушки индуктивности индуктивного преобразователя 6 уменьшается по амплитуде сигнала Uj, снимаемый с сигнального вывода катушки индуктивного преобразователя 6, а сигнал U, снимаемый с вторичной обмотки трансформатора 2, возрастает по амплитуде.

Сигналы и и и „сдвинуты между собой по фазе на 180° за счет соответствующего включения вторичной обмотки трансформатора 2 и связаны с перемещением X зависимостью, кой к экспоненциальной

+ с

и. и,

X

где и

(1)

0 сигнал с сигнального вывхэда катушки индуктивного преобразователя при Х.0; показатель степени экспо- ненциальности функции берется со знаком + для возрастающей функции и со знаком - для убывающей функции.

На выходе масштабир тощего контура 3 формируется сигнал U , амплитуда которого определяется передаточными функциями фазовращателя 4 и масштабирующего звена 5.

Фаза сигнала Uj путем подбора элементов фазовращателя 4 сдвигается относительно сигнала U, на угол

180

Vjj более

90

но менее

а необходимое значение его определяется из условия обеспечения оптимальной линейности выходной характеристики. Сигналы и и и J , изменяющиеся в функции перемещения X, геометрически суммируются на сумматоре 7. Сигнал Uc с выхода сумматора 7 и сигнал vU ц подаются на фазометр 8, с выхода которого снимается зависимость фазы 1|(х) результирующего сигнала от измеряемого перемещения X

sinVo

cos у/ и.

(2)

55 где X - текущее значение измеряемого перемеп;ения; у - начальный угол фаз между сигналами Uy- и uj ;

и

Ux,,

и - выходные сигналы, промодулированные по амплитуде в

функции перемещения.

Изменение по амплитуде сигнала

, в функции перемещения, например,

по возрастающему закону приводит к изменению сигнала uj по убывающему закону. В результате одновременного изменения по амплитуде сигналов и и и в разных направлениях приращение фазы результирующего сигнала у(х) на единицу перемещения увеличивается, что приводит к увеличению чувствительности и точности преобразования.

На векторной диаграмме (фиг.З) индексом JC обозначены сигналы преобразователя, соответствующие началу диапазона измерения, без индекса к- соответствующие текущему значению измеряемого перемещения.

Из векторной диаграммы видно, что при одновременном изменении по ампли туде сигналов U и Uj в разных направлениях увеличивается приращение фазы L/CX) результирующего сигнала на единицу перемещения, а, следовательно, и точность преобразования.

Изменение напряжения питания U ,, вследствие изменения температуры,

1527485

воздействия других дестабилизирующих факторов не вызьшают паразитного изменения фазы с/(х) результирующего сигнала.

Формула изобретения

Индуктивный датчик перемещения с фазовым выходом, содержащий источник переменного напряжения, индуктивный преобразователь, масштабирующий контур в виде последовательно соединенных фазовращателя и масщтабирующего звена, сумматор, первый вход которого соединен с выходом масштабир тоще- го контура, фазометр, первьй вход которого подключен к выходу масштабирующего контура, второй вход - к выходу сумматора, отличающий- с я тем, что, с целью повыщения точности измерений и надежности, он снабжен трансформатором, первичная обмотка которого включена между источником переменного напряжения и индуктивным преобразователем, сигнальный вьшод вторичной обмотки трансформатора подключен к входу масштабирующего контура, а второй вход сумматора подключен к точке соединения первичной обмотки трансформатора и индуктивного преобразователя.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности в работе датчика. Синусоидальное напряжение с выхода источника 1 переменного напряжения поступает через первичную обмотку трансформатора 2 на индуктивный преобразователь 6. При перемещении объекта 9 контроля (например, в сторону увеличения зазора) уменьшается по амплитуде сигнал с выхода индуктивного преобразователя 6 и увеличивается сигнал с выхода вторичной обмотки трансформатора 2. Сигнал с выхода вторичной обмотки трансформатора 2, пройдя через масштабирующий контур 3, содержащий фазовращатель 4 и масштабирующее звено 5, поступает на вход сумматора 7 и фазометра 8. На второй вход сумматора 7 поступает сигнал с индуктивного преобразователя 6. Сигнал с выхода сумматора 7 поступает на второй вход фазометра 8, с выхода которого выдается сигнал, пропорциональный перемещению. 3 ил.

73

Фиг2

и

.З