Устройство для измерения перемещений и температуры Советский патент 1983 года по МПК G01B7/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУРЫ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах и информационно-измерительных системах, предназначенных для совместных измерений линейных перемещений и температуры.

Известно устройство для измерения на основе индуктивных преобразователей перемещений, в котором имеется блок формирования аддитивного теста 1).

Недостатками устройства являются существенная конструктивная избыточность и вследствие этого - низкая надежность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является комбинированное устройство для измерения перемещений и температуры, содержащее корпус, размещенные в нем. катушку индуктивности с отводом от половины витков, расположенный внутри нее подвижный сердечник, связываемый в процессе измерения с контролируемым объектом, тер&1очувствительный элемент, подключенные к выводам катушки иидуктивности и соединенные последовательно измерительный и вычислительный блоки и подключенный к ним блок управления. Помимо указанной катушки индуктивности с размещенным внутри нее подвижным сердечником имеются еще две дополнительные катушки индуктивности, подвижные сердечники которых установлены с заданным эталонным смещением относительно первого сердечника. Выводы этих катушек присоединены ко входу

10 измерительного блока через коммутатор. Термочувствительный элемент устройства выполнен в виде термочувствительных сердечников дополнительных катушек индуктивности, ко., торые обладают коэффициентами линейного расширения противоположного знака 2.

Недостатками известного устройства являются малая точность, обусловленная возможной нендентичностью измерительных катушек

20 индуктивности, и низкая надежность, обусловленная его конструктивной сложностью.

Цель изобретения - повышение точности и надежности устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения перемещений и температуры снабжено блоком нагрева-охлаждения термочувствительного элемента, выполненного в виде биметаллической пластины, которая расположена перпендикулярно к направлению перемещения сердечника, один конец пластины закреплен на корпусе, а другой шарнирно соединен с катушкой индуктивности, установленной с возможностью сме щения в направлении перемещения сердечника, и расположен между двумя упорами, вы полненными на корпусе. На чертеже показано конструктивное выпо нение устройства для измерения перемещений и температуры. Оно содержит катушку 1 индуктивности с выводами 2-4, причем вывод 3 является отводом от половины ее витков. Подвижный ферромагиитный сердечник 5 расположен вну ри катущки 1 индуктивности. В корпусе 6 выполнены левый упор 7 и правый упор 8, между которыми расположен свободный конец биметаллической пластины расположенной перпендикулярно к направлению перемещения X сердечника 5. Противоположный конец биметаллической пластины 9 закреплен жестко на корпусе 6, а другой соединен шарнирно с подвижной в направле нии X катушкой 1 индуктивности. С биметаллической пластиной 9 связан блок 10 ее нагрева-охлаждения. К выводам 2-4 катушки 1 индуктивности подключен измеритель- . ный блок И, а к его выходу - вычислител ный блок 12. Блок 13 управления подклЮ4041 к блоку 10 нагрева-охлаждения, измерительному блоку 11 и вычислительному бло ку 12. Полный цикл работы устройства состоит из шести последовательных тактов. В первом такте с помощью блока 13 управления ко входу измерительного блока 1 подключаются выводы 2 и 3 катушки 1. Электрический сигнал NI на выходе измерительного блока 11 пропорционален величине Хо -И X + е где Хо - начальное положение сердечника 5, симметричное относительно сек ций катушки 1 индуктивности с выводами 2 и 3 и 3-4; X - перемещение объекта измерения (не показан); - смещение катущки 1 индуктивности от начального положения биметаллической пластины 9, когда она находатся на левом упоре 7. Величина -j. пропорциональна измеряем емпературе Т: e --oLCT-Tw,iv,), (О где с - чувствительность биметаллической пластины 9 по температуре; Т . - минимальная измеряемая температура, соответствующая положению пластины 9 на левом упоре 7. Во втором такте ко входу измерительного блока 11 с помощью блока 13 управления подключаются выводы 3 и 4 катущки 1. Электрический сигнал Na на выходе измерительного блока пропорвдонален величине АО-л- с 4-. Значения N i и N2 заносятся в память вычислительного блока 12, после чего с выхода блока 13 управления подается управляющий сигнал на блок 10 нагрева-охлажде ия биметаллической пластины 9, обеспечивающий ее охлаждение до температуры Т Ynw Изгибаясь, биметаллическая пластина смещает катушку 1 индуктивности до упора 7. этом положении катущки производятся третий и четвертый такты измерения, в процессе которых ко входу измерительного блока 11 подключаются соответственно выводы 2-3 и 3-4. Электрические сигналы N3 и ; N4 на выходе измерительного блока пропорциональны величинам (Хо+Х) и (Хр-Х), соответственно. Эти сигналы также заносятся в память вычислительного блока 12. По окончании четвертого такта блок 13 управления включает блок 10 нагрева-охлаждения, обеспечивающий нагрев биметаллической пластины 9 до температуры Т / Т, . Изгибаясь в противоположном направлении, биметаллическая пластина смещает катушку индуктивности до упора 8. В этом положении катушки 1 производятся пятый и шестой такты измерения, в процессе которых ко входу измерительного блока 11 поочередно подключаются выводы 2-3 и 3-4 этой катущки. Электрические сигналы N; и N на выходе измерительного блока пропорци- , опальны соответственно величинам: (Хо+ X + + Д) и (Хо-Х-А), где Д - расстояние между упорами. Эти сигналы также заносятся в память вычислительного блока 12. Реальная функция преобразования устройства аппроксимируется параболической зависимостью. В результате, по окончании указанных шести тактов, измерения вычислительный блок 12 решает следующую систему уравнений: а txo х-е-г ) Ъ н-г) f С -Q(.(HQ-)(-t)C )( ()%bCXoi-x -A)fC i Vlg ct () - -bCXo -X Д)-С| Мьа(Уо-х-дЛь(Хо-Х-д)4с При этом рассчитываются величины NI-N N3-N4; Nj-Nfi-no результатам 3-6 тактов вычисляется измеряемое перемещение х: (й йгй Значение Т определяется с учетом формулы (1) по результатам 1-6 тактов: у СЫ-|-На( А -г CN5-WtV(M,,-M4) cl wtM Значения постоянных А, а, Туу хранятся в ячейках памяти вычислительного блока 12. Таким образом, в предлагаемом устройстве с помощью одного измерительного канала обеспечивается измерение как перемещений, так и температуры. Как видно из выражений (2) и (3), на результаты измерения этих параметров не влияют нестабильные коэффиЩ1еиты реальной функции преобразования уст ройства, что обеспечивает его высокую точность, упрощение конструкции устройства и повьииает его надежность. Формула изобретения Устройство для измерения перемещений и температуры, содержащее корпус, размещен///////7 7/777/7/y/Y ///YA

f f л Kri

/77Z

yzzzzzzz

ZZZZZZZZ t

{

// 16 ный в нем катушку индуктивности с отводом от половины витков, расположенный внутри нее подвижный сердечник, связываемый в процессе измерения с контроли емым объектом, термочувствительный элемент, подключенные к выводам катушки индуктивности и соединенные последовательно измерительный и вычислительный блоки и подключенный к ним блок управления, о т л нчающееся тем, что, с целью повышения . точности и надежности, оно снабжено блоком нагрева-охлаждения термочувствительного элемента, выполненного в виде биметаллической пластины, которая расположена перпендикулярно к направлению перемещения сердечника, один конец пластины закреплен на корпусе, а другой шарнирно соеданен с катущками индуктивности, установленной с возможностью смещения в направле- нии перемещения сердечника, и расположен между двумя упорами, выполненными на корпусе. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 462061, кл. G 01 В 7/00, 1980. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2944089/28, кл. G 01 В 7/00, 1980 (прототип).