Способ измерения перемещений иуСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01B7/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и Может .быть использовано, в частности для измере.ния механизческих перемещений, оп-. ределения положения контролируемых .элементов и т.п.

. Известны различные способы измерения перемещений, основанные, например, на изменении индуктивности и емкости датчиков перемещений или на изменении сопротивления резистивных элементов, в том числе и терморезисторов.

Известен способ измерения переме щений, основанный на изменении сопротивления терморезисторов, ааклю-чающийся в том, что измен яют , температуру терморезистора путем изменения его положения относительно источника тепла или путем изменения положения экранирующего элемента/ отделяющего его от источника тепла или изменяющего условия охлаждения предварительно нагретого терморезистора в зависимости от величины контролируемого перемещения 1.

Недостатками известного способа и устройства, его реализующего, являются ограниченная чувствительность и инерционность, обусловленные тем,.

что теплообмен терморезистора осуществляется обычной свободной конвекцией.

Наиболее .близким к предлагаемому является способ измерения перемещений, заключающийся в том, что изменяют температуру терморезистора и при изменении в процессе измерения перемещений взаимного расположения

10 его и экранирующего элемента измеря.ют величину сопротивления терморезистора, по которой судят о величине перемещения. .

Способ осуществляется устройстве

15 для измерения перемещений, содержащим относительно подвижные терморезистор и экранирующий элемент, измерительную схему, в которую включен терморезистор, например уравновешен20ную мостовую схему, отклонение кото1 рй от положения равновесия зависит от контролируемых перемещений и регистрируется измерительным прибором. Температуру т-ерморезистора изменяют

25 при помощи теплоизоляционного экранирующего элемента, -изменяющего условия охлаждения терморезистора при их относительном смещении, зависящем от контролируемого перемещения. Тер30морезистор предварительно нагревгиот

или током, или от отдельного источника тепла. По изменению сопротивления терморезистора судят о величине перемещения или о положении котролируемого объекта.

Известный способ прост, и устройствй., его реализующее, имеет высокую надежность, и долговечность благодаря отсутствию сил трения и сил обратного воздействия между относительно подТвижными элементами - терморезистором и экраном 2.

Однако вследствие того, что .теплообмен терморезистора и в этом случае осуществляется свободной конвекцией (средства обеспечения вынужденной конвекции громоздки и тяжелы), известный способ и устройство, его реализующее, характеризуются ограниченной чувствительностью и значительной инерционностью.

Цель изобретения - повышение чувствительности и быстродействия путем интенсификации теплообмена терморезистора.

Указанная цель достигается тем, что в окружающем терморезистор про странотве возбуждают электроконвективное движение среды.

При этом электроконвективное движение среды создают посредством приложения разности потенциалов, достаточной для зажигания коронного разряда меноду терморезистором и экранирующим элементом.

Устройство для реализации способа снабжено стабилизированным и высоковольтным источником напряжения постоянного тока, присоединённым одним полюсом к одному из токопроводов терморезистора, а вторым - к экранирующему элементу, который выполнен электроприводным. Экр нирующий элемент вйполнен цилиндрическим и охватывает терморезистор.

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - эависимоть сопротивления R.J. терморезистора от величины перемещения х.

Устройство содержит полый цилиндрический экранирующий элемент 1, выполненный из нержавеющей стали и связываемый в процессе измерения перемещений,тягой 2 с контролируемым объектом (не показан). Внутренняя поверхность экранирующего эле.мента 1 имеет высокую чистоту обра|ботки. Внутри экрана .вдоль его оси размещен полупроводниковый тер;морезистор 3, например, типа ММТ-1, растянутьай на своих токоподводах 4 и 5 с помощью пружин двумя электроизоляционными стойками б и 7, которые укреплены на общем электроизоляционном основании 8. Один из токоподводов терморезистора 3, например токоподвод 4, выполняющий функрции коронирукхцего электрода, соединей приводом 9 высокого напряжения с отрицательным по.пюсом высоковольтного источника 10 напряжения постоянного тока. Положительный полюс «этого источника присоединен высоковольтным проводом И к экранирующему элементу 1. Терморезистор 3 включен своими токоподводами 4 и 5 в одно из плеч мостовой измерительной схемы 12, к входной диагонали . которой подключен источник 13 питания. К выходной диагонали схемы 12 подключен регистрирующий прибор 14, который может быть отградуирован в единицах измеряемого перемещения.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Изменяют температуру терморезистора 3, в данном случае, разогревают его током, протекающим через него при включении источника 13 питания мостовой схемы 12..Напряжение источнику 13 питания выбирают таким, что рабочая тяга терморезистора 3 находится на подающем участке его статической вольтамперной характеристики. Далее возбуждают электроконвективное движение среды в окрудающем терморезйстор 3 пространстве, создавая коронный разряд между экранирующим элементом 1 и токоподводом 4 терморезистора 3 путем приложения достаточной для этого разности потенциалов , обеспечиваемой высоковольтным источником 10 напряжения постоянного тока. В этих условиях при неподвижном экранирующем элементе 1 производят балансировку мостовой измерительной схемы 12, подготавливая ее к работе .

.При перемещении экранирующего элемента 1 относительно терморезистора 3 происходит изменение условий охлаждения последнего электроконвективным потоком, - электрическим ветром . В результате изменяется электрическое сопротивление терморезистора 3, обуславливающее отклонение мостовой схемы из состояния равновесия, зависящее от изменения положения экранирующего элемента 1 и регистрируемое прибором 14.

Благодаря электроконвективному движению среды в окружающем терморезистор 3 пространстве значительно yвeJ Iичивaeтcя мощность, рассеиваемая тэрморезистором, примерно на 60-70%. по сравнению с мощностью прИотсутствии внешнего электрического поля, создаваемого источником 10. При наи.)учших условиях охлаждения терморезистора 3, которые создаются при нахождении его приблизительно в центре цилиндрического экранирующего элемента 1, сопротивление терморезистора максимально. При смещении терморезистора в ту или другую сторону вдоль продольной оси X экранирующего элемента 1 относительно его центра уело5 J :вия охлаждения терморезистора 3 элек роконвективным потоком окружающего. его среды ухудшаются, вследствие чег сопротивление уменьшается идеализировано, одинаково в обе стороны от точки максимума (фиг. 2). Рабочий диапазон измерений может быть выбран в интервале между максимальным и минимальным значением сопротивления терморезистора ла любЬй из. ветвей характеристики а- (фиг.2), представляющей зависимость сопротивления R терморезистора от контррлируемозго перемещения х при постоянном токе нагрева 7 мА. Сравнение характеристики а при создании электроконвективного движения среды вокруг тер морезистора (V, 10 кВ) с кривой б при отсутствии такого движения ( О кВ) свидетельствует о значительном увеличении чувствительности устройст ва в рабочем диапазоне измерений. Од новременно улучшаются и дингииические свойства устройства, т.е. повышается быстродействие благодаря уменьшению в несколько раз постоянной времени нагрева (охлаждения) терморезистора, обдуваемого электрическим ветром по сравнению с его постоянной времени в условиях естественной конвекции. Формула изобретения 1; Способ измерения перемещений, заключающийся в том, что изменяют температуру терморезистора и при изменении в процессе измерения перемещений взаимного расположения его и экранирующего элемента измеряют вё- личину сопротивления терморезистора. по которой судят о величине перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствиГ Льности и быстродействия путем интенсификации теплообмена терморезистора , в окружающем терморезистор пространстве возбуждают электроконвективное движение среды. 2.Способ измерения перемещений ПОП..1, отличающийся тем, что электроконвективное движение среды создают посредством приложения разности потенциалов, достаточной для з.ажигания коронного разряда между терморезистором и экранирующим элементом. 3.Устройство для измерения перемещений, содержащее относительно подвижные терморезистор и экранирующий элемент, измерительную схему, в которую включен терморезистор, от личающее ся тем, что оно снабжено стабилизированным и высоковольтным источником напряжения постоянного тока, присоединенным одним полюсом к одному из токопроводов терморезистора, а вторым - к экранирующему элементу, который выполнен электроприводным. 4.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что экранирующий элемент выполнен цилиндрическим и охватывает терморезистор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1« Агейкин Д.И. Датчикн контроля и регулирования. М., Машиностроение , 1965, с. 252-253. 2. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин-. М.-Л.,.Энергия, 1966,с. 151-154 (прототип).

Rr

3,2

7,3