Электромагнитный преобразователь перемещения Советский патент 1991 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в быстродействующих цифровых системах автоматики и устройствах контроля положения объектов.

Цель изобретения - повышение точности за счет снижения температурной погрешности и повышение быстродействия за счет отсутствия переходных процессов.

На фиг. 1 показана схема преобразователя перемещения; на фиг. 2 - конструктивное выполнение датчика; на фиг. 3 -графики зависимостей амплитуд выходных сигналов датчика от координаты подвижного элемента преобразователя.

Преобразователь содержит (фиг. 1) источник 1 питания, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора 2 напряжения и преобразователя 3 напряжения в ток, причем выход преобразователя 3, являющийся первым входом источника 1, подключен к входу датчика 4 перемещения. Выход задающего генератора 2 напряжения, являющийся вторым выходом источника 1, подключен к входу формирователя 5, выход которого соединен с управляющими входами первого 6 и второго 7 устройств выборки-хранения. К выходам датчика 4 подключены соответственно информацио- ные входы первого 6 и второго 7 устройств

О 4 ч1 Ю КЭ -Ч

выборки-хранения, а также датчик 8 температуры. Выходы первого 6 и второго 7 устройств выборки-хранения соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы 9 вычитания, подключенной к сходу делителя схемы 10 умножения-деления, Выход устройства 6 соединен также с входом делимого схемы 10. Датчик 8 через детектор 11 связан с входом второй схемы 12 вычитания, выход которой через цели- 13 напряжения связан с первым входом сумматора 14. К вторым входам схемы 12 и суммэтора 14 подключен источник 15 опорного напряжения,«

Датчик 4 (фиг. 1 и 2) содержит последо- взтелы-ю включенные первую 16 и вторую 17 обмотки возбуждения, а также первую 18 и вторую 19 измерительные обмотки, размещенные на первом магнитопроводе 20, который имеет первый 21 и второй 22 кольцевые выступы, ограничивающие зону установки секций 16 и 17, Второй трубчатый подвижный магнитопровод 23 с внутренним кольцевым выступом 24 выполнен из ферромагнитного материала и механически свя- зон с контролируемым объектом (не показан). Возле одного из кольцевых выступов (например, левого на фиг. 2} первого магнитопровода20 установлен датчик 8,выполненный в виде бифилярной обмотки, включенной последовательно с обмотками 16 и-17 возбуждения.

Преобразователь работает следующим образом.

Формирователь 5 импульсов преднзз- начен для формирования импульсбв а моменты времени, когда синусоидальное напряжение проходит свой положительный максимум, на выходах обмоток 18 и 19 (т.е. когда непряжение на втором выходе источ- ника 1 проходит через нуль один раз за период колебания),

Величина напряжения источника 1В еы- бирается рапной

U0 kii г0 13п,

где kn - масштабный коэффициент преобразования схемы детектора 11;

TO - значение активного сопротивления обмотки датчика 8 при номинальной температуре;

зт амплитудное значение тока на первом выходе источника 1.

Коэффициент /3 преобразования схемы делителя 13 выбирается равным

@-а$с/авг, .

где а&с. «ег,-удельное изменение соответственно размеров основания и сопротивления обмотки датчика 8 на 1°С (коэффициент

теплового расширения и температурный коэффициент активного сопротивление).

Задающий генератоо 2 вырабатывает переменное напряжение

IJ2 - Vs sin О) L

с амплитудой /2, круговой частотой (№ 2 тг (г - время, Т - период напряжения Ш} Выходной сигнал задающего генератора 2 управляет работой преобразователя 3, выходной ток которого 3 равен

э bm sin an.

Пренебрегая много «меньшим магнитным сопротивлением первого магии гопровода 20 и второго магнигопроаодз 23 по сравнению с магнитным сопрсхшвгением воздушных зазоров между зысгупа :-: п ч 22 и вторым магнитопрооодом 23 ч внутренним выступом 24 и первым магнмте- проводом 20, можно показать, что м..гнит- ные поток, проходящие в первом мап-што про воде 20 можду одним из выступов (например, 21) и внутренним выступом 24, а также между выступом 22 и внутренним выступом 24, практически равны по модулю о любом положении выступа 24 и противоположны, а так как обмотки 18 и 19 смещены относительно друг друга на расстояние с 0, то в пределах диапазона преобразования перемещений подвижного магнитопровода 23 зависимости величин амплитуд выходных сигналов измерительных обмоток 18 и 19 датчика 4 от координаты х представляются линейными функциями (фиг, 3) соответственно

Vie kx, Vis k(x-c),

где k 0 - коэффициент преобразования датчика 4 для каждой измерительной обмотки, зависимый от колебаний температуры окружающей среды и нерабочих смещений подвижного магнитопровода 23.

В моменты времени U, (0,5 + А)Т, где Я- нуль или целое число, выходные сигналы измерительных обмоток 18 и 19 достигают своих амплитудных значений (с учетом их знака - положительных или отрицательных), а величина (Jz 0. При переходе времени t моментов. tA знак выходного напряжения задающего генератора 2 меняется с положительного на отрицательный, что вызывает срабатывание формирователя 5 импульсов, по выходным импульсам Us которого устройствами 6 и 7 производится выборка и поддержание на своих выходах (запоминание) уровней сигналов Vig и Vig.

Выходное напряжение первой схемы 9 вычитания

Ug Ue - U7 kc О

представляет собой делимое в математической операции, реализуемой схемой 10

UPx

Uio - Ux kio Ui4 Tjf kio UM - ,

где Uio - выходное напряженке схемы Ш, представляющее собой вместе с чем общее иыходное напряжение U преобразователя;

kio масштабный коэффициент схему 10 ( элементы обработки выходной информации датчика 4 функционируют в стационарном тепловом режиме, поэтому величина Но является стабильной);

U 5б - выходной напряжение сумматора 14.

Бмфилярность нзглотки датчика 8 дает возможность использовать его в схеме преобразователя как активное сопротивление г с известные температурным коэффициентом авъ данного активного сопротивления. Значение коэффициента теплового (линейного) расширения авс материала магнито- проводя 20 также известно, Следовательно,

г г0 (1 + ctet А©);

с с0(1 + авс А©), где А©- отклонение температуры установочной среды датчика 4 от номинального значения;

TO, Co значения соответственно активного сопротивления сбмотки датчика 8 и расстояния взаимного сдвига обмоток 18 и 19 на магнитопроводе 20 при номинальной температуре.

. С аыхода детектора, 11 снижается напряжение, пропорциональное амплитуде rism не пряжения, выделяемого в обмотке датчм.м 8

Uп kn г I3m,

где Hi - стабильный коэффициент преобразования ; этекторз 11.

На выходе второй схемы 12 вычитания выделяется напряжение

U12 U11-U0.

Тогда после несложнь-х преобразований имеем

Ui.-k-iiohm ccez А© «вг U0A0;

U13 /JU12I

Uvt Ul3 + Uo U0 (1 + «ос Ав) г

- tJo- COriSt . Со

Таким образом, выражение для выход- ного напряжения будет

U ю - ko kio x kx,

т.е. оно пропорционально перемещению и не зависит оттепловых, механических и доу- гих факторов.

Таким обрзеом, в предложенном преобразователе значение погрешности уменьшается в 2-3 раза по сравнению с

0

5

0

5

0

5

0

5

5

известным, увеличивается быстродействие за счет отсутствия переходных процессов и определяется частотой источника питания. Формула изобретения Электромагнитный преобразователь перемещения, содержащий источник питания, датчик с взаимно смещенными отнсси- тельно друг друга идентичными и размещенными одна над другой первой и второй измерительными обмотками, расположенными на первом магнитопроводе, и первой обмотксй возбуждения, подключенной к первому выходу источника питания, источник опорного напряжения и первую схему вычитания, отличающийся тем, ч го, с целью повышения точности и быстродействия преобразования, в него введены вторая обмотка возбуждения, включенная последовательно с первой,Б горой магнито- провод, выполненный подвижным, трубчатым, с внутренним кольцевым выступом, датчик температуры, выполненный в виде обмотки, включенной последовательно с второй обмоткой возбуждения, первое и второе устройства выборки-хранения, формирователь импульсов, схема умножения- деления, вторая схема вычитания, детектор, сумматор и делитель напряжения, первый магнитопровод выполнен с первым и вторым кольцевыми выступами, выходы измерительных обмоток подключены к информационным входам соответственного первого и второго устройств выборки-хранения,-выход первого устройства выборки- хранения соединен с первым входом первой схемы вычитания и с входом делимого схемы умножения-деления, з выход второго устройства выборки-хранения подключен к второму входу первой схемы вычитания, выход которой подключен к входу делителя схемы умножения-деления, второй выход источника питания через формирователь импульсов соединен с управляющими входами первого и второго устройств выборки- хранения, выход датчика температуры связан через детектор с первым входом второй схемы вычитания, выход которой через делитель напряжения соединен с первым входом сумматора, выход сумматора подключен к входу множителя схемы умножения-деления, зыход источника опорного напряжения подключен к второму входу второй схемы вычитания и к второму входу сумматора, первая и вторая обмотки возбуждения размещены между выступами первого магнитопровода, между обмотками возбуждения равномерно намотаны первая и вторая измерительные обмотки, второй магнитопровод предназначен для соединения с объектом измеряемых перемещений и для перемещений, при которых его мерительных обмоток между обмотками внутренний выступ находится вне зоны из- возбуждения.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет снижения температурной погрешности и повышение быстродействия за счет отсутствия переходных процессов. Поставленная цель достигается путем введения датчика температуры и трубчатого подвижного второго магнито- провода с внутренним выступом, размещения обмоток возбуждения между кольцевыми выступами первого магнитопровода, а взаимно смещенных измерительных обмоток между обмотками возбуждения одна над другой, при этом внутренний выступ предназначен для перемещения над измерительными обмотками. При работе устройства в частях первого магнитопровода, на которых размещены измерительные обмотки, создаются два противоположных, равных по величине, потока, создающие в измерительных обмотках линейно изменяющиеся с одинаковым коэффициентом пропорциональности ЭДС. Напряжение на выходе датчика температуры пропорционально изменению сопротивления обмотки датчика, а следовательно, температуре. Путем подбора напряжения опорного источника и коэффициентов преобразования схем достигается независимость выходного сигнала от температуры. 3 ил. ё

77 fgJH/J

фиг.1

2023 1 16 IS 24 19 17 22

.j.///

V Ч ЛЧ У M I Ап /

Редактор В.Данко

фиг. 5(

Составитель К.Молчанов

Техред М.МоргенталКорректор М. Шароши