Устройство для измерения перемещений Советский патент 1981 года по МПК G01B7/00 G01D5/20 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности для преобразования перемещений в электрический .сигнал.

Известны преобразователи в электрический сигнал, содержащее индуктивный датчик перемещений, включенный Ь мостовую схему измерений, и два мультивибратора, один из которых служит для питания мостовой схемы, а другой - для управления возбуждением транзисторов, включенных в плечи мостовой схемы I1.

Недостатком такого преобразователя является его невысокая точности, обусловленная влиянием изменений напряжения питания мультивибраторов и формы выходного сигнала в диагонали моста-на результат измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения перемещений, содержащее дифференциальный датчик перемещений, измерительный мост на четырех транзисторах, ко входной диагонали которого подключен дифференциальный датчик, мультивибратор стабилизированной частоты для питания измерительного моста и возбуждения базовых .цепей транзисторов моста, двусторонний транзисторный ключ и второй мультивибратор для возбуждения транзисторного ключа

5 2. .

. Недостатком известйого устройства является ограниченная точность и быстродействие, обусловленные тем, что вышеуказанные мультивибраторы,

О связанные с измерительным мостом,ра ботают несинхронно. Вследствие этого среднее значение тока на выходе моста оказывается зависимым от нестабильности напряжения питания устройства, что понижает точность устройства, а появление-в спектре выходного тока частоты, равной разности частот обоих мультивибраторов, приводит к необходимости выбора периЬ20 да усреднения, превышающего период питающего мост напряжения, что ухудшает быстродействие устройства.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства;

25 Поставленная цель достигае.тся тем, что устройство снабжено резистором, подключенным последовательно с двусторонним транзисторным ключом ко входной диагонали -измерительного моста,

30 второй мультивибратор . снабжен синхронизирующей обмоткой, подключенной к выходу мультивибратора стабилизированной частоты, и двумя выходными обмотками, включенными в базовые цепи двух транзисторов противоположных плеч измерительного моста, а мультивибратор стабилизированной частоты снабжен двумя дополнительными обмотдами, включенными в базовые цепи обоих тра нзисторов двустороннего клю- la.

На фиг. 1 приведенаэлектрическая схема устройства; на фиг. 2 .- временные диаграммы напряжений и токов в соответствующих элементах схемы.

Устройство содержит дифференциальный датчик 1 перемещений индуктивного типа, подключенный симметрично к входной диагонали 2-3 измерительного моста 4, выполненного на четырех транзисторах 5, 6, 7 и 8. Параллельно входной диагонали 2-3 измерительного моста 4 подключены последовательно соединенные резистор 9 и двусторонний транзисторный ключ 10, выполненный на транзисторах 11 .и 12. Питание измерительного моста 4 осуществляется от мультивибратора 13 стабилизированной частоты через обмотки 14 и 15 трансформатора 16, другие выходные обмотки 17, 18, 19 и 20 которого включены в базовые цепи транзисторов 5-8 измерительного моста 4, а обмотки 21 и 22 - в базовые цепи тразисторов 11 и 12 двустороннего ключа 10 В базовую цепь одного из транзисторов 12 двустороннего ключа включена также обмотка 23 трансформатора 24, через который обеспечивается возбуждение этого транзистора двустороннего ключа 10 от второго мультивибратора 25. Этот мультивибратор синхронзован с помощью обмотки 26, размещенной на трансформаторе 16, с выходом мультивибратора 13 стабилизированной частоты и снабжен двумя выходными обмотками 27 и 28, размещенными на трансформаторе 24 и включенными в базовые цепи двух транзисторов б и 7 противоположных плеч измерительного моста 4. Выходной сигнал устройства снимается с резистора 29, подключенного к выходной диагонали 30-31 измерительного моста 4. Оба мультивибратора питаются от источника 32 входного напряжения Е постоянного тока.

Устройство работает следунндим образом.

При возбуждении мультивибратора 13 стабилизированной частоты от источника 32 входного напряжения постоянного тока, на его выходе генерируется симметричное напряжение (фиг. 2а) прямоугольной фор1«1ы, стабилизированное по частоте f-l/2-C, где - полупериод колебаний напряжения и. Это напряжение питает обмотки дифференциального индуктивного датчика 1 перемещений, подвижный элемент которого связывается в процесс;е измерения с контролируемым объектом, и входную диагональ 2-3 измерительного моста 4.

За счет попарно-противофазного включения транзисторов 5-8 моста 4, поочередно попарно.возбуждаемых напряжениями на обмотках 17-2Q в их базовых цепях, через резистор 29, включенный в выходную диагональ моста, протекает ток ЗадСФиг. 2г) , среднее значение которого Л пропорционально перемещению Е подв11жного элемента индуктивного датчика 1. Однако, оно зависит также и от а плитуды приложенного напряжения и,,, , т.е. от величины входного напряжения 3 постоянного тока, а следователь1чо, и от его нестабильности.

Устранение влияния нестабильности входного напряжения Е постоянного тока осуществляется в данном устройстве путем открытия двустороннего транзисторного ключа 10, подключающего резистор 9 параллельно входной диагонали 2-3 измерительного моста в течение части нечетных полупериogOB питающего мост напряжения Ц . При этом в течение той.же части нечетных полупериодов питающего напряжения соответствующая пара транзисторов измерительного моста запирается, вследствие этого ток 3

в наг29

рузочном резисторе 29 измерительного моста уменьшается до нуля в течение той же части нечетных полупериодов, а его среднее значение за нечетные полупериоды (I, III, У и т.д.) . питающего напряжения уменьшается по сравнению со средним значением за четные полупериоды {II, IY, Yl и т.д.) питающего напряжения Ц. (фиг. 2г).

Для обеспечения этого сердечник трансформатора 24 мультивибратора 25, возбуждение которого осуществ- . ляется от того же нестабильного источника входного напряжения Е, выполнен из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, периодически насыщающего до значений ± Вс, индукции насыщения синхронно с изменениями полярности генерируемого им напряжения Ujg, которое, вследствие этого, имеет ступенчатую форму (фиг.26).

Частота f, т.е. период С этого напряжения определяется частотой колебаний напряжения и,, мультивибратора 13 (благодаря наличию обмотки 6 синхронизации), а длительность ступеньки tj находится в обратной пропорциональной зависимости от амплитуды входного напряжения Е постоянного тока , питающего оба мультивибратора. В интервале СС, ) насыщения сердечника напряжения О.

Благодаря введению выходных обмоток обоих мультивибраторов в базовые

цепи транзисторов 5-8 измерительного моста и 11-12 двустороннего ключа, соответствующего выбору числа, витков в них и полярности их включения, Ьбеспечив аётся несимметричная рабо- та плачей измерительного моста в четные и нечетные полупериоды питающего напряжения.

По истечении интервала t времени происходит насыдание сердечника трансформатора 24 И, как следствие, уменьшение до нуля напряжения на выходе мультивибратора 25. Благодаря этому в оставшуюся часть ( -t;, ) нечетных полу периодов питающего напряжения происходит открытие транзисторного ключа 10 (транзистор 11 открыт напряжением на обмотке 21 в течение всего нечетного полупериода. а транзистор 12 открывается напряжением на обмотке 22, за счет пропадания напряжения на обмотке 23, в течение интервала (i: - Ц ) нечетных полупериодов). В результате ток ответвляется в параллельный контур, протекая через резистор 9 (фиг. 2д).

Таким образом, при изменениях входного напряжения Е изменяется не только амплитуда JTjg в нагрузочном резисторе 29 на выходе измерительного моста, в четные полупериоды питающего напряжения, но и длительность прохождения этого тока через данный резистор в нечетные полуперис ды питающего напряжения. В связи с этим компенсируется нестабильность входного напряжения Е на результат измерения перемещения, т.е. повышается точность устройства.

При выборе величины резистора 9 равной-величине резистора 29 сохраняется форма тока на входе измерительного моста. Благодаря синхронизации работы обоих мультивибраторов обеспечивается синхронное переключение транзисторов измерительного моста и двустороннего транзисторного ключа, вследствие этого исключается составляюсцая разностной частоты в токе нагрузки на выходе моста и уменьшается длительность перех д ых процессов при скачках напряжения Е и изменении других дестабилизирующих факторов, что обуславливает повышение точности и быстродействия устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее дифференциальный датчик перемещений, измерительный мост на четырех транзисторах, ко входной диагонали которого подключен

дифференциальный датчик, мультивибратор стабилизированной частоты для питания измерительного моста и возбуждения базовых цепей тран.зисторов моста, двусторонний транзисторный

люч и второй мультивибратор для возбуждения транзисторного ключа, от личающе е тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, устройство снабжено резистором, йодключенным последовательно, с двусторонним транзисторным ключом ко входной диагонали измерительного моста, второй мультивибратор снабжен синхронизирующей обмоткой, подключенной к выходу мультивибратора стабилизированной частоты, и двумя выходными обмотками, включе ньвии в базовые цепи двух транзисторов противоположных плеч измерительного моста, а мультивибратор

стабилизированной частоты снабжен двумя дополнительными обмотками, включенными в базовые цепи обоих транзисторов двустороннего ключа. Источники инфор1 аций,

принятые во внимание при .экспертизе

(прототип).