Трансформаторный преобразователь перемещений Советский патент 1991 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений по двум координатам, например для измерения изменений зазора между двумя объектами, а также для измерения перемещений одного из объектов в плоскости зазора.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей трансформаторного преобразователя перемещений, предназначенного для измерения зазора между его торцовой плоскостью и поверхностью контролируемого электропроводного объекта, путем обеспечения измерения перемещений объекта также и в плоскости зазора, т.е. в плоскости, параллельной торцовой плоскости катушки преобразователя.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема трансформаторного преобразователя перемещений; на фиг.2 - схема взаимного расположения катушек преобразователя; на фиг.З - схема расположения катушек относительно электропроводного экрана преобразователя; на фиг.4 - принципиальная электрическая схема обработки сигналов преобразователя.

Преобразователь содержит три плоских дисковых катушки: основную 1 и дополнительные 2 и 3, которые состоят из идентично выполненных обмоток 4-6 возбуждения и измерительных обмоток 7-9. Центры дополнительных катушек 2 и 3 смещены относительно центра основной катушки 1 на расстояние Ь, превышающее 2,2R, где R - радиус катушек 1-3. Центры дополнительных катушек 2 и 3 смещены также в направлении перемещения х одна относительно другой на расстояние а, равное (0,15...0,2)R. Параллельно торцовой плоскости катушек установлен подвижный прямоугольный экран 10, который при различных его положениях полностью перекрывает катушку 1. Катушка 2 выступает за край экрана 10 в его исходном положении в направлении перемещения х на расстояние а, в то время как катушка 3 в этом положении экрана 10 полностью закрыта и при перемещении, равном х, выступает на эту же величину за край экрана 10. Обмотки 4-6 возбуждения соединены последовательно согласно, а измерительные обмотки 7-9 выводами 11-13 соединяются в звезду, средняя точка которой присоединяется к общей точке заземления. Выводы 14-16 этих обмоток используются в качестве выходов преобразователя, подключаемых к блоку 17 обработки сигналов. Первичные обмотки 4-6 возбуждения присоединяются к источнику 18 питания переменного тока. Блок 17 обработки сигналов преобразователя содержит источник 19 опорного напряжения, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя 20, на инвертирующий

вход которого подается напряжение с зажима 21 блока, на котором формируется разностное напряжение Л V, пропорциональное разности напряжений, снимаемых с измерительных обмоток 8 и 9 дополнительных

катушек 2 и 3. Содержащиеся в блоке 17 три преобразователя 22-24 напряжения подключены к выводам 14-16 измерительных обмоток преобразователя. С помощью трех блокив 25-27 вычитания и двух усилителей

28 и 29 с регулируемым коэффициентом К усиления обеспечивается сравнение напряжений, измеренных на обмотках 7-9 преобразователя, с опорным напряжением источника 19 и одного с другим. В результате на зажиме 30 блока обработки формируется сигнал V(y), пропорциональный величине зазора между торцовой плоскостью катушек и поверхностью экрана 10. преобразователя, а на зажиме 31 - сигнал

К V(x), пропорциональный величине перемещения экрана параллельноторцовой плоскости катушек преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Последовательно соединенные обмотки

4-6 возбуждения подключаются к источнику 18 питания переменного тока высокой частоты. При изменении зазора у между экраном 10 и плоскостью катушек 1-3 и перемещении

х экрана 10 в плоскости зазора изменяются выходные напряжения на измерительных обмотках 7-9. По значению напряжения на выводе 14 измерительной обмотки 7 катушки 1 судят о значении зазора у, а по

значениям напряжений на выводах 14-16 измерительных обмоток 7-9 катушек 1-3 судят о значении перемещения экрана 10 в плоскссти зазора по отношению к общей торцовой плоскости катушек 1-3. С обмоток

7-9 преобразователя напряжения поступают на преобразователи 22-24 напряжения соответственно, которые преобразуют напряжение к виду, удобному для дальнейшей обработки. Например, для обработки сигнала в аналоговом виде в качестве преобразователей напряжения могут использоваться блоки выделения огибающей. На выходе преобразователя 22 напряжения вырабатывается сигнал, пропорциональный зазору,

который поступает на зажим 30, а также на инвертирующие входы блоков 25 и 26 вычитания. На неинвертирующий вход блока 25 вычитания поступает сигнал с выхода преобразователя 23 напряжения, а на неинвертирующий вход блока 26 вычитания - с выхода преобразователя 24 напряжения Напряжение с выхода блока 25 вычитания. усиленное усилителем 28, поступает на неинвертирующий вход блока 27 вычитания, а с выхода блока 26 вычитания напряжение, усиленное усилителем 29 с характеристиками, идентичными усилителю 28. поступает на инвертирующий вход блока 27 вычитания. В результате на выходе блока 27 вычитания получают напряжение, пропорциональное разности напряжений дополнительных катушек 2 и 3, умноженное на коэффициент К усиления усилителей 28 и 29. Далее полученное напряжение поступает на инверги- рующий вход операционного усилителя 20, где оно сравнивается с опорным напряжением источника 19 опорного напряхения. С выхода операционного усилителя 20 подается напряжение, управляющее величиной коэффициента усиления усилителей 28 и 29 Благодаря указанной обратной связи обеспечивается получение стабильной линейной характеристики преобразования перемещений, происходящих в плоскости зазора, в электрический сигнал.

Поскольку центры дополнительных катушек 2 и 3 преобразователя находятся на расстоянии b 2,2R относительно друг дру- га, создаваемые этими катушками магнитные поля вихревых токов практически не оказывают влияния друг-на друга

Выбор эталонного смещения дополнительных катушек на расстояние а (0,15...0,2)R ограничено сверху из соображений получения заданного диапазона измерения, равного (R - а), и увеличением

погрешности от нелинейности, возрастающей с увеличением а Снизу значение а ограничивается уровнем шумов и наводок. Чтобы погрешность от шумов сказывалась минимально, необходимо, чтобы разность напряжений второй и третьей катушек намного превышала уровень шумов и наводок.

Формула изобретения

Трансформаторный преобразователь перемещений, содержащий плоскую дисковую катушку, состоящую из идентично выполненных i1 размещенных соосно обмотки возбуждения и измерительной обмотки, и установленный параллельно торцовой плоскости катушки с возможностью перемещения в направлении изменения зазора между ними плоский прямоугольный экран из электропроводного немагнитного материала, отличающийся тем. что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения перемещений также и в плоскости, параллельной торцовой плоскости катушки, он снабжен двумя дополнительными идентичными первой дисковыми катушками, установленными в той же плоскости, центры этих катушек расположены от центра первой катушки на расстоянии b 2.2R, где R - радиус катушки, одна из дополнительных катушек предназначена для установки со смещением относительно другой, а также относительно края экрана в направлении контролируемого перемещения на величину а (0,15 ..О 2)R. обмотки возбуждения всех катушек соединены согласно последовательно, а измерительные обмотки соединены в звезду

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью расширение функциональных возможностей трансформаторного преобразователя перемещений который позволяет измерять перемещение не только в вертикальной, но также и в горизонтальной плоскости. Преобразователь содержит три идентично выполненные плоские дисковые катушки 1,2 и 3 каждая из которых состоит из размещенных соосно обмотки возбуждения и измерительной обмотки. Параллельно общей торцовой плоскости этих катушек установлен 78 прямоугольный экран, выполненный из немагнитного электропроводного материала и установленный с возможностью перемещения как в вертикальной плоскости в направлении изменения зазора между ним и торцовой плоскостью катушек так и в горизонтальной плоскости в направлении изменения их площади перекрытия Катушки 2 и 3 установлены со смещением на расстоянии b относительно катушки 1 и на расстоянии а одна относительно другой и края экрана в направлении контролируемого перемещения в горизонтальной плоскости Благодаря этому с помощью катушки 1 получают сигнал зависящий от зазора между ним и этой катушкой т к она постоянно перекрыта экраном и нечувствительна к его перемещению в горизонтальной плоскости, а с по мощью катушек 2 и 3 получают сигнал, не зависящий от зазора, т е перемещения в вертикальной плоскости, но линейно изменяющийся по амплитуде в зависимости от перемещения экрана в горизонтальной плоскости 4 ил 25 сл С о Јь О ел го ел

Фиг. 2

4/

JZJ

v/////////////q

Фи&З

Ю

tf-Ufo