УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Советский патент 1973 года по МПК H03M1/60 G01B7/02 

1

Устройство относится к системам автоматического контроля и регулирования.

Известны устройства для измерения линейных перемещений, содержащие ферромагнитный якорь, помещенный внутри немагнитного цилиндра, на котором расположены контурная и вспомогательные обмотки, причем -контурная обмотка расположена между вспомогательными обмотками, подключенные через конденсаторы и диоды к блоку управления и к задающему контуру генератора, выход которого через преобразователь и блок вычитания подсоединен к регистратору.

Предлагаемое устройство отличается тем, что в нем еа одном конце немагнитного цилиндра установлены дополнительные контурная и вспомогательная обмотки, подключенные через конденсаторы и диоды к блоку управления и задающему контуру генератора.

Такое выполнение позволяет повысить точность .работы устройства за счет снижения погрещности, вызванной дрейфом .нуля и нелинейностью характеристики.

На чертел е показана блок-схема устройства.

Она содержит: соленоидальный датчик / в виде немагнитного цилиндра, на котором расположены контурные 2 и 3 И вспомогательные 4, 5 Е 6 обмотки, а внутри него размещен ферромагнитный якорь 7; конденсаторы 8; диоды 9-14; блок 15 управления; генератор 16 с самовозбуждением; преобразователь 17 частоты в число импульсов; блок 18 вычитания и регистратор 19.

Контурные 2 и 3 и вспомогательные 4, 5 н 6

обмотки подключены через конденсаторы 8 и диоды 9-14 к задающему контуру генератору 16 с самовозбуждением. Устройство работаег следующим образом. Индуктивность L датчика / изменяется под

воздействием входного перемещения, с.мещагощего ферромагнитный якорь 7 относительно обмоток 2-5. Осуществляется преобразованпе L - fpi{x). На выходе генератора получается: /-Ф2 (L). Некоторому j-му положению якоря

соответствуют определенные значения индуктивности Li, частоты /; и числа импульсов Л ,на выходе преобразователя 17. Обмотки 4 и 2, 5 и 3, 2 и 5, 5 и б в случае отсутствия якоря идентичны, так как каждая из них состоит из

последовательно соединенных контурной и вспомогательной обмоток. В исходном положении, соответствующем среднему значению измеряемого перемещения , якорь датчика симметрируется относительно обмоток 4 и 2.

5 и 3.

Таким образом, при переключении этих обмоток в задающем контуре частота генератора 16 не меняется, оставаясь равной /о. При отклонении входного перемещения от иачалыюго значения ло на величину х„зм в ту или 1ную

сторону симметрия якоря относительно обмоток 4 к 2, 5 к 3 нарушается. Принимается за пололсителъное направление изменения Хизм относительно некоторой обмотки такое, при котором якорь выдвигается из этой обмотки, вследствие чего индуктивность ее возрастает, а частота генератора падает.

Характеристика /(х) генератора с самовозбуждением при использовании индуктивных датчиков соленоидального типа с цилиндрическим ферритовым якорем может быть кусочноаппроксимирована зависимостями вида

f afX + bi; f f uix + bix + c,

где , 2, ..., n;

ai,bi,Ci - параметры функции преобразовате- ля для i-ro участка аппроксимации; п - число участков аппроксимации.

Кусочно-параболическая аппроксимация является наиболее точной и позволяет максимально использовать рабочий диапазон преобразователя.

Нестабильность параметров а,, bi, Ci при изменении внешних условий, в особенности температуры, а также от самоцроизвольного временного дрейфа характеристик шервичных преобразователей - источник погрешностей устройства для измерения перемешевий.

Для устранения влияния вариации указанных параметров на точность устройства измерение проводят в два такта.

В первом такте блок управления открывает диод // (в исходном состоянии все диоды заперты), обеспечивая тем самым подключение к генератору 16 вывода, общего для обмоток 4-2 и 5-3. При открытом диоде // проводят два последовательных измерения: сначала с открытым диодом Я затем с открытым диодом 13. В первом случае в задаюший контур генератора включаются обмотки 4-2, а во втором - обмотки 5-3. Частоты на выходе генератора равны соответственно Д и fz- В преобразователе они преобразуются в соответствующие числа импульсов N- и Л/2- При движении сердечника внутрь обмоток 5-3 имеем

N а, (х, - изм) + ( - ) + p

TV, г и. (х, -f л„зм) + bi (х, + л:„з„) + Cf.

Числа импульсов NI и N2 поступают в блок 18, где вычитаются, а результат вычитания запоминается. Полученн1ая разность

N N,-N, + 2biX, 2л:„з„-(2л:,-а; + 6,.)

является результатом первого такта измерения и соответствует измерению входного перемещения дифференциальным индуктивно-частотным датчиком, состоящим из последовательно соединенных идентичных обмоток 4-2 и 5-3.

Во втором такте блок управления открывает диод 12, обеспечивая тем самым подключение к генератору вывода, общего для обмоток 2-5

и 3-6. При открытом диоде 12 проводят два .последовательных измерения; сначала с открытым диодом /О, затем с открытым диодом 14. При этом в первом случае в контур генератора включаются обмотки 2-5, во втором - обмотки 3-6.

Такое переключение обмоток эквивалентно изменению в противоположных направлениях положения якоря относительно обмоток 4-2 и

5-3 на величину, соответствующую известному значению перемещения А, равную длине вспомогательной обмотки.

Теперь частоты на выходе генератора равны соответственно /з и /4. В блоке 17 они иреобразуются в соответствующие числа импульсов yVa и

NS ai (л;„ - лг„зм + Д) + bi (х - х„ + А) -f Cj, Nt ui (Xg + лгизм - Д) + bt ( - A) + с/

Числа импульсов Лз и N поступают в блок 18, где вычитаются, а результат вычитания запоминается. Полученная разность

N -., 2 (л:„зм - А) (2aiX, + b)

является результатом второго такта измерения и соответствует измерению входного перемещения дифференциальным индуктивно-частотным датчиком, содержащим последовательно соединенные идентичные обмотки 2-5

и 3-6.

Решая совместно приведенные выражения, будем иметь

- л

Этот алгоритм реализуется блоком вычитания. Длина вспомогательных обмоток выбирается такой, чтобы точки /i-/4 на характеристике / (х) находились в пределах i-ro участка

аппроксимации. В этом случае параметры а,;, bi, c,const иа участке хо- -Хазм, Хо-.изм. Результат измерения фиксируется регистратором. Конечный результат измерения не зависит

д, стабильности параметров а;, bi, Ci функции преобразования. Точность измерения определяется только степенью идентичности обмоток, точностью величины А и точностью апшроксимации рабочего участка характеристики преобразоватеЛЯ. Время измерения шм выбирается намного меньше периода изменения входного перемещения. Поэтому с достаточной степенью точности режим измерения можио считать статическим, т. е.: л:изм сопз1 и )зм.

Предмет изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений, содерл ащее (ферромагнитный якорь, помещенный внутри немагнит1ного цилиндра, на котором расположены контурная и вспомогательные обмотки, причем контурная обмотка расположена между вспомогательными обмотками, подключенные через конденсаторы

и диоды к блоку управления и к задающему контуру генератора, выход которого через преобразователь и блок вычитания подключен к регистратору, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства,

в нем на одном конце немагнитного цилиндра установлены дополнительные контурная и вспомогательная обмотки, подключенные через конденсаторы и диоды к блоку управления и задающему контуру генератора.

изг

19

18

77