Устройство для измерения перемещений

 

1. .УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее электрически связанные источник переменного тока, фазосдвигающую цепь, дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещений, включающий первичные обмотки, подвижный экран, вторичные обмотки и блок формирования выходного сигнала, отличающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона,-оно снабжено блоком задания режима работы , первый сигнальный вход которого соединен с выходом источника переменного тока, второй сигнальный вход - с выходом фазосдвигающей цепи, выходы - с соответствующими входами дифференциально-трансформаторного преобразователя, пороговым элементом, имшощим прямой и инверсный выходы, вход которого соединён с выходом блока формирования выходного сигнала, а выходы - с управляющими входами блока задания режима работы. 2. Устройство по п. 1, отличающее ся тем, что блок за (Л дания режима работы выполнен в виде четырехканального аналогового коммутатора , выходы которого, а также § сигнальный и управляющий входы попарно объединены. о 09 4 4;iii

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5)) 4 < О 1 В 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3700811/24-28 (22) 15.02.84 (46) 23.11.85. Бюл. !! 43 (72) А.А. Штин, А.Н. Исупов, Н.И. Болдырев и И.В. Пиотрович (53) 621.317.39:531.717 (088.8 ) (56) Электрические измерения неэлектрических величин./Под ред.

П.В. Новицкого. Л.: Энергия, 1975, с. 316.

Авторское свидетельство СССР

Ф 601561, кл. С О! В 7/00, !978. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИИ, содержащее электрически связанные источник переменного тока, фазосдвигающую цепь, дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещений, включающий первичные обмотки, подвижный экран, вторичные обмотки и блок формирования выходного сигнала, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

SU 119З447 А расширения рабочего диапазона, оно снабжено блоком задания режима работы, первый сигнальный вход которого соединен с выходом источника переменного тока, второй сигнальный вход — с выходом фазосдвигающей цепи, выходы — с соответствующими входами дифференциально-трансформа- торного преобразователя, пороговым элементом, имеющим прямой и инверсный выходы, вход которого соединен с выходом блока формирования выходного сигнала, а выходы — с управляющими входами блока задания режима работы.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок задания режима работы выполнен в виде четырехканального аналогового коммутатора, выходы которого, а также сигнальный и управляющий входы попарно объединены.

1193447

Изобретение относится к измерению неэлектрических величин и может быть использовано в системах для измерения малых перемещений.

Цель изобретения — расширение рабочего диапазона.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу устройства.

Блок-схема устройства для измерения перемещений содержит источник 1 переменного тока, фазосдвигающую цепь 2, вход которой соединен с источником 1 переменного тока, блок 3 задания режима работы, первый сигнальный вход которого соеди,нен с источником 1 переменного тока, а второй сигнальный вход — с выходом фазосдвигающей цепи 2, дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещения, включающий первичные обмотки 4 и 5, соединенные с выходами блока 3 задания режима работы, подвижный экран 6, а также вторичные обмотки 7 и 8, блок 9 формирования выходного сигнала, на входы которого поступают выходной .сигнал дифференциально-трансформаторного преобразователя с верхнего по схеме конца обмотки 7 и опорное напряжение, снимаемое со средней точки соединения выходных обмоток 7 и

8, пороговый элемент 10,вход которого подключен к выходу блока 9 формирования выходного сигнала, а прямой и инверсный выходы соединены с управляющими входами блока 3 задания режима.

Принцип работы предлагаемого устройства основан на сложении двух гармонических колебаний с различными амплитудами и фазами. Информативным, параметром является фазовый сдвиг суммарного напряжения, снимаемого с выхода дифференциально-трансформаторного преобразователя:

A„Cxlsi»VC )+A2C<) з Р,®

М (xl=arct,g > ф

2. A (х) co5 1,,(х) > >%2(х) соз >.Р2(,х)

I где А„(х) и А (х) - амплитуды напряжений, снимаемых с обмоток 7 и

8 (фиг. 1 );

f (х) и Y (х) — фазы этих напря1 2 жений; .х — перемещение экра,на 6.

В области малых перемещений экрана 6 можно с достаточной для практики точностью считать зависимости

A,(x) A2(x) 9,(x) и 92(х) линейны

5 ми.

Когда фазосдвигающая цепь 2 включена последовательно с обмоткой 5 дифференциально-трансформаторного преобразователя, а фазовый сдвиг, 10 вносимый фазосдвигающей цепью, положителен, эти зависимости можно определить следующим образом

А„(х)=ах+Ь| 91(х)=сх;

А (х) =-ах+Ь; у (х) =-сх+ <+d, (2)

2 2 где а, Ь, с — некоторые коэффициенты, зависящие от конструктивных параметров дифференциально-трансформаторного преобразователя;

d — фазовый, сдвиг, вносимый фазосдвигающей цепью 2 °

Подставляя выражения (2 ) в равенство (1 ), получаем

V C. ) =- — + rctg ty сх- — . (g) ((р б (1 1

2. >ХХ

Когда фазосдвигающая цепь 2 включена последовательно с обмоткой 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя, выражение для фазового сдвига имеет вид g()= —, " „„ tt, (cx+ — ", ) . (Ô>

Графики зависимостей Ч (х) и

," (х) представлены на фиг. 2. Ввиду

40 малости величины d (фиг. 2) показано, что при х=О Ч"(х)=90, а

g (к)=-90, и линеййые участки заЕ висимостей а х „и д х 2 составляют около 90 . За пределами этих участо

45 ков крутизна характеристик резко падает. Конец участка дх вплотную примыкает к началу участка ах„.Это означает, что диапазон измеряемых перемещений (д х„или а х2 ) можно расширить в два раза при сохранении чувствительности, если переключать фазосдвигающую цепь 2 (фиг. 1) при х=0.

Устройство работает следующим

55 образом.

Выходной сигнал источника 1 переменного тока через фазосдвигающую цепь 2 и блок 3 задания режима

3 !1934 работы поступает на первичные об-мотки 4 и 5 дифференциально-трансформаторного преобразователя, создавая в его зазоре переменное электромагнитное поле. Вследствие этого во вторичных обмотках 7 и 8 индуцируются напряжения, амплитуды. и фазы которых зависят от положения экрана 6, расположенного в зазоре дифференциально-трансформаторного 10 преобразователя и жестко связанного с контролируемым объектом. Выходной сигнал дифференциально-трансформаторного преобразователя снимается с верхнего по схеме конца обмотки .7 и поступает на блок 9 формирования выходного сигнала в котором осуществляется измерение фазового сдвига этого сигнала. Опорное напряжение снимается со средней точки соединения обмоток 7 и 8..

Структура блока 9 такова, что фазовому сдвигу входного сигнала, меньшему по абсолютной величине 90, соответствует положительное напряжение на выходе, а большему - отрицательное напряжение. Сигнал с выхода блока 9 формирования выходного сигнала поступает на вход порогового элемента IO, имеющего прямой и

l инверсный выходы. Пороговый элемент

10 переключается в момент смены зна ка входного напряжения, что соответствует перемещению х=0 (фиг. 2 ).

Выходные уровни порогового элемента

10 поступают на управляющие входы блока 3 задания режима работы.

Структура блока 3 такова, что он может находиться в двух состояниях, задавая два режима работы устройства. В первом режиме работы выходной сигнал источника переменного тока 1 поступает на обмотку 4, а выходной

47 4 сигнал фаэосдвигающей цепи 2 — на обмотку 5. Во втором режиме сигналы на обмотки 4 и 5 поступают наоборот. Таким образом, первому режиму работы соответствует характеристика q (х), а второму - характеристика Ч"7х) (фиг. 2 ).

Предположим, что измеряемое перемещение лежит в интервале Дх„ (фиг. 2). При этом напряжение на аналоговом выходе блока 9 формирования выходного сигнала положительно, и пороговый элемент 10 находится условно в нулевом состоянии. Выходные уровни порогового элемента IG воздействуют на блок 3 задания режима работы так, что последний задает первый режим работы устройства, т.е. характеристику (х). Когда измеряемое перемещение становится меньше нуля, т.е. находится в интервале дхф, выходное напряжение блока 9 формирования выходного сигнала становится отрицательным и пороговый элемент

10 переключается условно в единичное состояние. Выходные уровни порогового элемента 10 изменяются; и, соответственно,изменяется состояние блока 3 задания режима работы, который в этом случае задает второй режим работы. Второму режиму соответствует характеристика 9 < (х) (фиг. 2 J. Та- ким образом, рабочая точка устройства переходит с кривой Ч (х) на кривую М"(х) или наоборот, а рабочий диапазон расширяется в два раза.

Анализ принципа работы блока 3 задания режима работы показывает, что наиболее простой его реализацией является четырехканальный аналот говый коммутатор, выходы которого, а также сигнальные и управляющие входы попарно объединены.

ВНИИПИ Заказ 7304/41

Тираж 650 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4