Трансформаторный датчик перемещений Советский патент 1993 года по МПК G01B7/00 

(Л

С

Трансформаторный датчик относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использован для измерения перемещений. Целью- предлагаемого изобретения является обеспечение контроля функционирования и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается за счет введения в трансформаторный датчик первого и второго электронных коммутационных узлов, первого и второго узлов формирования управляющих сигналов узла дистанционного управления, источника управляющих сигналов, первого и второго согласующих устройств, измерительного канала и новых связей между узлами и блоками датчика. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров (линейные перемещения, ускорение, давление) движения.

Цель предлагаемого изобретения - обеспечение возможности контроля функционирования и повышение точности измерений датчика.

На фиг. 1 приведена электрическая блок-схема трансформаторного датчика для измерения параметров-движения; на фиг. 2 - выходные характеристики.

Трансформаторный датчик содержит источник 1 переменного напряжения, чувствительный элемент 2, в который входят две секции 3 обмотки возбуждения электрически соединенные последовательно согласно, рабочую секцию 4 и компенсационную секцию 5 измерительной обмотки, сердечник 8. симметрирующую пластину 7, рабочий якорь (мембрану) б, установленный с возможностью перемещения, первый 9 и второй 10 электронные коммутационные узлы; первый 11 и второй 12 узлы формирования управляющих сигналов, выполненные на эмиттерных повторителях AI и Аа соответственно; узел дистанционного управления 13, выполненный . в виде коммутационного элемента S1; источник управляющих сигналов 14, выполненный в виде делителя напряжения на резисторах RI, R2: первое 15 и второе 16 согласующие устройства, выполненные в виде делителей напряжения на резисторах Рз, R-i и Rs, Rfi соответственно; измерительный канал 17. содержащий усилитель переменного напря00

GJ

ю

N|

жения 18, двухполупериодный выпрямитель 19, фильтр низких частот 20.

Узлы 11 и 12 формирования управляющих сигналов выполнены по схеме эмиттер- ного повторителя и обеспечивают формирование сигналов необходимого уровня для управления электронными коммутационными узлами 9 и 10 соответственно, а также выполняют функцию согласования между выходом источника уп- равляющих сигналов 14 и управляющими входами электронных коммутационных узлов.

Согласующие узлы 15 и 16 выполнены в виде делителей напряжения на резисторах RS, R4 и Rs, Re соответственно и обеспечивают согласование выхода чувствительного элемента 2 с входом измерительного канала 17,

Трансформаторный датчик работает следующим образом.

| Переменное напряжение Unum с выхода источника 1 переменного напряжения поступает на секции 3 обмотки возбуждения, в которых возбуждаются магнитные потоки, наводящие ЭДС в рабочей секции 4 и компенсационной секции 5 измерительной обмотки. При перемещении подвижного ферромагнитного рабочего якоря (мембраны) 6, в направлениях указанных на фиг. 1 стрелками, изменяется величина зазора др , в результате чего изменяется выходное напряжение в рабочей секции 4 измерительной обмотки в функции перемещения рабочего якоря за счет изменения взаимной индуктивной связи между секциями возбуждающей обмотки 3 и рабочей 4 измерительной обмотки.

При измерении параметров движения в рабочем режиме узел 13 дистанционного управления находится в состоянии рабочий режим (контакты коммутационного элемента Si замкнуты), при котором на выходе источника 14 управляющих сигналов появляется выходной сигнал в виде низкого уровня напряжения постоянного тока, ко торый через узлы 11 и 12 формирования управляющих сигналов поступает на управляющие входы первого и второго электронных коммутационных узлов.

При этом открываются нижние ключи (Н. К.) электронных узлов 9 и 10 коммутации и разрываются цепи прохождения сигналов через верхние ключи (В, К.) электронных узлов 9 и 10 коммутации, а рабочая секция 4 и компенсационная секция 5 измерительной обмотки оказываются включенными между собой последовательно встречно (конец рабочей секции 4 и конец компенсационной

секции 5 измерительной обмотки соединяются между собой через нижний ключ (Н. К.) электронного коммутационного узла 10). Напряжения Up с выхода рабочей

секции 4 и UK с выхода компенсационной

секции измерительной обмотки геометрически вычитаются на секциях этих обмоток и разностное результирующее напряжение U Ер MUic -Up | , изменяющееся в функции движения рабочего якоря 6, через открытый нижний ключ (Н. К.) узла 9 коммутации поступает на вход первого согласующего устройства 15.

С выхода согласующего устройства 15 напряжение U Ер поступает на вход измерительного канала 17 и далее через усилитель 18 переменного напряжения, двухполупериодный выпрямитель 19 и

фильтр 20 нижних частот поступает на его выход, с выхода которого напряжение U8bix. регистрируется стандартными измерительными приборами (вольтметры, самописцы и

ДР).

Работа измерительного канала 17 основана на усилении переменного напряжения U Ер усилителем напряжения 18 с последующим преобразованием его в пульсирующее напряжение с помощью

двухполупериодного выпрямителя 19 и далее в напряжение постоянного тока с помощью фильтра низких частот 20.

Контроль функционирования трансформаторного датчика, например, перед или поеле установки на изделие или в процессе работы, когда измеряемый параметр (например, перемещение объекта контроля относительно рабочего торца чувствительного элемента) неизвестен, производят следующим образом.

Узел 13 дистанционного управления устанавливается в состояние Проверка функционирования (контакты коммутационного элемента S1 разомкнуты), вследствие этого

из выходе источника 14 управляющих сигналов появляется сигнал в виде высокого уровня напряжения, который через узлы 11 и 12 формирования управляющих сигналов поступает на управляющие входы первого 9

и второго 10 электронных коммутационных узлов. При этом открываются верхние ключи (В. К.) и разрывается цепь прохождения через нижние ключи (Н. К.) узлов 9, 10 коммутации, а Секции рабочей 4 и

компенсационной 5 измерительной обмотки оказываются включенными между собой последовательно согласно (начало рабочей измерительной секции 4 и конец компенсационной 5 измерительной секции соединяются между собой через верхний ключ электронного коммутационного узла 9).

Напряжения Up с выхода секции 4 и UK с выхода секции 5 измерительной обмотки суммируются на секциях измерительной обмотки и суммарное результирующее напряжение UrЈip lUic + Up l с конца секции 4 измерительной обмотки через открытый верхний ключ узла 10 коммутации поступает на вход второго согласующего устройства, с выхода которого напряжение U Ei p поступает на вход измерительного канала 17. На выходе измерительного канала формируется калибровочное напряжение и алибр. величина которого в процессе изготовления (при настройке) датчика устанавливается равной значению выходного напряжения ивых.д в конечной точке диапазона измерения в рабочем режиме, т. е. икалибр.ивых.д. и записывается аформуляре (паспорте) датчика.

Таким образом, если при работе датчика в режиме Контроль функционирования на выходе измерительного канала 17 стандартным измерительным прибором регистрируется калибровочное напряжение икэлибр., которое соответствует заранее известному калибровочному напряжению (с установленными предельными допустимыми отклонениями от номинала), записанному в формуляре (паспорте) на датчик, то это свидетельствует о исправном состоянии датчика.

Вышеуказанное поясняется выходными характеристиками датчика (на фиг. 2 показано сплошными линиями).

Повышение точности измерения достигается за счет того, что изменение масштаба преобразования измерительного канала 17, вследствие ухода его характеристик от времени и других дестабилизирующих факторов, а также временной уход характеристик чувствительного элемента, может быть учтен определением реального масштаба преобразования следующим образом.

Перед началом измерений датчик с помощью узла дистанционного управления 13 устанавливается в режим Проверка функционирования. При этом на выходе измерительного канала датчика появляется напряжение икзлибр. которое измеряется стандартным прибором и сравнивается с калибровочным напряжением записанным в формуляре датчика с учетом допустимых отклонений от номинального значения (на фиг. 2 показано сплошными линиями).

Если измеренное калибровочное напряжение икалибр. (фиг. 2) совпадает (или находится в пределах допустимых отклонений) с калибровочным напряжением записанным в формуле (паспорте) на датчик, то расшифровка результатов измерения перемещения производится по градуировочной (выходной) характеристике датчика, приведенной в формуляре (с масштабом m преобразования равным т калибр. где Q диапазон измеряемого параметра движения).

Если измеренное калибровочное напряжение имеет отклонение (превышающее до- пустимые нормы) от калибровочного напряжения, записанного в формуляре на

датчик, то необходимо определить реальный масштаб ггм преобразования датчика (с учетом ухода собственных характеристик датчика) по формуле

Ц|салибр. 1

miD

п D 1)

где и алибр.1 - измеренное стандартным прибором калибровочное напряжение отличающееся от калибровочного напряжения (записанного в формуляре), на величину,

превышающую допустимые нормы (например, вследствие изменения передаточной характеристики измерительного канала 17). Расшифровка результатов измерения перемещений при этом производится по

градуировочной (выходной) характеристике датчика ивых 5р (изображенной на фиг, 2 штриховой линией), которая имеет масштаб преобразования mi, соответствующий калибровочному напряжению Unann6p.i.

Таким образом за счет введения дополнительных узлов в состав датчика обеспечивается контроль его функционирования и повышается точность измерения (за счет определения реального масштаба преобразования перед началом или в процессе измерений (по сравнению с прототипом. Формула изобретения Трансформаторный датчик перемещений, содержащий корпус, размещенный в

нем ферромагнитный сердечник с двухсекционной обмоткой возбуждения, измерительной и компенсационной рабочими обмотками, симметрирующую пластину, подвижный якорь, источник переменного напряжения, секции обмотки возбуждения соединены последовательно согласно и подключены к выходу источника переменного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения контроля функционирования, оно снабжено двумя узлами коммутации, двумя узлами формирования управляющих сигналов, последовательно соединенными узлом дистанционного управления и источником

управляющих сигналов, двумя блоками согласования и блоком преобразования напряжения, входы узлов формирования управляющих сигналов соединены с выходом источника управляющих сигналов, а выходы - с управляющими входами узлов коммутации, вывод от начала измерительной рабочей обмотки соединен с входом первого блока коммутации, вывод от конца измерительной рабочей обмотки подключен к входу второго блока коммутации, вывод от конца компенсационной измерительной об, ,

I

(Лг

Ухйшбр.

0

мотки подключен к первому и второму выходам, соответственно первого и второго узлов коммутации, выводы от начала компенсационной обмотки и конца обмотки возбуждения подключены к шине заземления, второй выход первого блока коммутаций подключен к входу первого блока согласования, первый выход второго блока коммутации подключен к входу второго блока согласования, а выходы блоков согласования подключены к входу блока преобразования напряжений.

I/и алибо.1

s.: