Устройство для преобразования перемещения в электрический сигнал Советский патент 1991 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений в автоматических системах управления.

Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения влияния внешних факторов.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит трансформаторный первичный преобразователь 1. магнитная цепь которого выполнена согласованной с обмоткой 2 возбуждения, обмоткой измерения 3, состоящей из основной 3.1 и дополнительной 3.2 обмоток, и

обмоткой 4 считывания, источник 5 постоянного напряжения, ключи 6-11, компараторы 12-15, схемы И 16-18, интеграторные блоки 19, 20, схему НЕ 21, дифференцирующую цепочку 22, схему ИЛИ 23, одновибратор 24. клемму Запуска 25, резисторы 26 и 27, конденсаторы 28 и 29. Параллельно соединенные ключ 8, интегратор 19 и конденсатор 28 образуют первый интег- раторный блок 30, выход параллельного соединения является выходом блока, и вход через резистор 26 соединен с первым входом блока, управляющий вход ключа 8 является вторым входом блока. Аналогично ключ 11, интегратор 20, емкость 29 и резистор 27 образуют второй интеграторный блок 31.

Os О (Л N ГО О

сточник 5 постоянного напряжения соедиен через ключ 6 управления с обмоткой 2 озбуждения, с инверсными входами первоо, второго и четвертого компараторов 12, 13, 15, через первый и второй ключи 7 и 9 - входами интеграторных блоков 30 и 31 оответственно. Обмотка считывания 4, основная 3.1 и дополнительная 3.2 обмотки измерения подключены к прямым входам компараторов 12, Т5, 13 соответственно. Инверсный выход второго компаратора 13 и прямой выход четвертого компаратора 15 соединены с входами первой схемы И 16, выход которой соединен с управляющим входом первого ключа 7. Инверсный выход четвертого компаратора 15 и прямой выход первого компаратора 12 соединены с входами второй схемы , выход которой соединен с управляющим входом второго ключа 9. Инверсный выход первого компаратора 12 соединен с управляющим входом третьего ключа 10 и с первым входом третьей схемы И 18. Выход первого интег- раторного блока 30 через третий ключ 10 соединен с входом второго интеграторного блока 31, выход которого через третий компаратор 14 подключен к второму входу третьей схемы И 18, выход которой через схему НЕ 21 и дифференцирующую цепочку 22 подключен к первому входу схемы ИЛИ 23. Клемма 25 Запуск (вход устройства) соединена с вторым входом схемы ИЛИ 23, выход которой соединен с входом одновибратора 24.Прямой выход одновибра- тора 24 соединен с управляющими входами ключей 8 и 11, интеграторных блоков 30 и 31 соответственно , а инверсный выход - с управляющим входом ключа 6 управления. Устройство работает следующим образом. После прихода сигнала Запуск (фиг.2, а) одновибратор 24 вырабатывает импульс напряжения фиксированной длительности (фиг.2, б). В течение этого времени ключ 6 размыкается, а ключи 8, 11 замыкаются, что приводит к разряду интегрирующих емкостей интеграторных блоков 30 и 31. После окончания этого импульса ключ 6 замыкается (фиг.2, в), в результате чего через обмотку 2 возбуждения протекает ток экспоненциальной формы и в магнитопроводе наводится магнитный поток Ф, изменяющийся в функции координаты X и времени t

Ф(х, (1 ), (1) где т- постоянная времени обмотки возбуждения;

J (RMLMA ) g коэффициент. Напряжения, снимаемые с обмоток считывания и дополнительной, равны

U(x.t)-W - Ф(,Л)

-МФм1/ге /ге х , где W - число витков в обмотках.

(2)

Если принять координату дополнительной обмотки ХО 0, первой секции обмотки считывания Х1 X, а второй Х2 X + Z, где Z - известная величина смещения обмоток, и, обозначая Тн rln (UM/E0n ), KTJ, после несложных математических преобразований получают длительности ТО, Т1 и Т2 импульсов, формируемых на выходах компараторов 12. 15 13 соответственно

5ТО Г In (Umax/Eon) ТН(3)

Т1 Тн-г- j -Х ТН-К -X (4)

Т2 - Тн - К (X + Z)(5)

0 (фиг. 2 г, д, е).

На выходах схем И 16 и 17 формируются импульсы длительностью (Т1-Т2) и (ТО- Т1) соответственно (фиг.2 ж, з), которые замыкают ключи 7 и 9. В результате этого на 5 выходах интеграторных блоков 30 31 формируются напряжения (фиг.2 и, к)

Ц -Т2

Ui -1/Rc / Udt -1/RcX

0 XU(T1 -T2)° -1/Rc -U К -Z

TO -т Ua - 1/R с / U dt - 1 /R с X (6)

XU(TO-T1 ) - 1/R с U К -X

соответственно. После окончания импульса длительностью ТО сигнал с инверсного выхода первого компаратора 12 замыкает ключ 10, что вызывает компенсацию напряжения U2 напряжением U1. В момент ра.. венства нулю напряжения U2 срабатывает третий компаратор 14 и справедливо равен- 1 ство

U2-(1/RC)U1TBb,x 0(7)

Отсюда Твых равно

TBb,x (RC/Z) -X(8)

(фиг.2,л).

После окончания импульса ТВЫх на выходе-схемы НЕ 21 появляется напряжение ступенчатой формы, которое, проходя через

- дифференцирующую цепочку 22, превращается в узкий импульс и запускает одно- вибратор 24. После этого цикл работы устройства повторяется.

Таким образом, длительность выходно го импульса ТВых„ пропорционального координате X измерительной обмотки, не зависит от параметров магнитной цепи, а следовательно, не зависит от изменения магнитных свойств материала вследствие воздействия внешних факторов (температу5

ры, излучения и пр.), что существенно снижает дополнительные погрешности устройства при измерении перемещений.

Формулаизобретения

Устройство для преобразования перемещения в электрический сигнал, содержащее трансформаторный первичный преобразователь с обмотками возбуждения, считывания и основной обмоткой изме- рения, размещенными на магнитопроводе, источник постоянного напряжения, блок обработки измерительного сигнала, прямой вход которого подключен к основной обмотке измерения, ключ управления, информа- ционный вход которого подключен к выходу источника постоянного напряжения, а выход - к обмотке возбуждения, и одновибра- тор, инверсный выход которого подключен к управляющему входу ключа управления, отличающееся тем, что. с целью повышения точности, в него введены три аналогичных ключа, три компаратора, два интеграторных блока, три схемы И, схема ИЛИ, схема НЕ, дифференцирующая це- почка и дополнительная обмотка измерения, размещенная на магнитопроводе, блок обработки измерительного сигнала выполнен в виде четвертого компаратора, обмотки измерения выполнены идентичными и сдвинуты друг относительно друга на заданную величину, выход источника постоянного напряжения подключен к инверсным входам четвертого, а также первого и второго компараторов, прямые входы которых соединены с выходами соответственно, считывающей и дополнительной обмоток, инверсный выход второго компаратора и прямой выход четвертого компаратора через первую схему И подключены к управляющему входу первого ключа, инверсный выход четвертого компаратора и прямой выход первого компаратора через вторую схему И подключены к управляющему входу второго ключа, инверсный выход первого компаратора соединен с управляющим входом третьего ключа и первым входом третьей схемы И, входы первого и второго ключей соединены с выходом источника постоянного напряжения, а выходы - с первыми входами первого и второго интеграторных блоков соответственно, выход первого интеграторного блока через третий ключ подключен к входу второго интеграторного блока, выход которого через третий компаратор подключен к второму входу третьей схемы И, выход которой является выходом устройства, и через схему НЕ и дифференцирующую цепочку соединен с первым входом схемы ИЛИ, второй вход которой является входом устройства, а выход соединен с входом одновибратора, прямой выход которого подключен к вторым входам интеграторных блоков.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения в электрический сигнал. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения влияния внешних факторов. Это достигается за счет введения дополнительной обмотки измерения, смещенной относительно основной на известную величину. При работе устройства в указанных обмотках наводится поток, зависящий от координаты расположения катушек измерения и времени по экспоненциальным законам. При этом на компараторах, соединенных с обмоткой считывания и с основной и дополнительной обмотками измерения выделяются сигналы, интегралы разности которых пропорциональны

один - известной величине, а второй - координате X основной измерительной обмотки. Путем обработки полученных сигналов на интеграторных блоках получают выходной импульс, длительность которого пропорциональна X. 2 ил.

Залуск

FJ3

Ъ.

dJ

Фиг.1