Трансформаторный датчик перемещений

 

Трансформаторный датчик относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использован для измерения перемещений. Цельюпредлагаемого изобретения является обеспечение контроля функционирования и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается за счет введения в трансформаторный датчик первого и второго электронных коммутационных узлов, первого и второго узлов формирования управляющих сигналов узла дистанционного управления, источника управляющих сигналов, первого и второго согласующих устройств, измерительного канала и новых связей между узлами и блоками датчика. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4878298/28 (22) 29,10.90 (46) 07,08.93. Бюл. М 29 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) В, А, Гаврилов, Н. Д. Конаков и В. А. Столяров (56) Авторское свидетельство СССР

М 855380, кл. G 01 В 7/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР

М 1392339, кл. G 01 В 7/00, 1984. (54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Трансформаторный датчик относится к области контрольно-измерительной техниПредлагаемое изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров (линейные перемещения, ускорение, давление) движения, Цель предлагаемого изобретения— обеспечение возможности контроля функционирования и повышение точности измерений датчика.

На фиг. 1 приведена электрическая блок-схема трансформаторного датчика для измерения параметров движения; на фиг. 2 — выходные характеристики.

Трансформаторный датчик содержит источник 1 переменного напряжения, чувствительный элемент 2, в который входят две секции 3 обмотки возбуждения электрически соединенные последовательно соглас„„. Ж „„1832177 А1 ки и может быть использован для измерения перемещений. Целью предлагаемого изобретения является обеспечение контроля функционирования и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается за счет введения в трансформаторный датчик первого и второго электронных коммутационных узлов, первого и второго узлов формирования управляющих сигналов узла дистанционного управления, источника управляющих сигналов, первого и второго согласующих устройств, измерительного канала и новых связей между узлами и блоками датчика. 2 ил, но, рабочую секцию 4 и компенсационную секцию 5 измерительной обмотки, сердечник 8, симметрирующую пластину 7, рабочий якорь (мембрану) 6, установленный с возможностью перемещения, первый 9 и второй 10 электронные коммутационные узлы; первуй 11 и второй 12 узлы формирования управляющих сигналов, выполненные на эмиттерных повторителях А1 и Ар соответственно; узел дистанционного управления 13, выполненный . в виде коммутационного элемента S1; источник управляющих сигналов 14, выполненный в виде делителя напряжения на резисторах R>, Rz; первое 15 и второе 16 согласующие устройства. выполненные в виде делителей напряжения на резисторах йз, Rq и R5, Рг, соответственно; измерительный канал 17, содержащий усилитель переменного напря1832177 жения 18, двухполупериодный выпрямитель

19, фильтр низких частот 20.

Узлы 11 и 12 формирования управляющих сигналов выполнены по схеме эмиттерного повторителя и обеспечивают формирование сигналов необходимого уровня для управления электронными коммутационными узлами 9 и 10 соответственно, а также выполняют функцию согласования между выходом источника уп-. равляющих сигналов 14 и управляющими входами электронных коммутационных узлов.

Согласующие узлы 15 и 16 выполнены в виде делителей напряжения на резисторах

Яз, R4 и Rs, Re соответственно и обеспечивают согласование выхода чувствительного элемента 2 с входом измерительного . канала 17, Трансформаторный датчик работает следующим образом.

Переменное напряжение Оп п с выхода источника 1 переменного напряжения поступает на секции 3 обмотки возбуждения, в которых возбуждаются магнитные потоки, наводящие ЭДС в рабочей секции 4 и компенсационной секции 5 измерительной обмотки. При перемещении подвижного ферромагнитного рабочего якоря (мембраны) 6, в направлениях указанных на фиг. 1 стрелками, изменяется величина зазора др, в результате чего изменяется выходное напряжение в рабочей секции 4 измерительной обмотки в функции перемещения рабочего якоря эа счет изменения взаимной индуктивной связи между секциями возбуждающей обмотки 3 и рабочей 4 измерительной обмотки.

При измерении параметров движения в рабочем режиме узел 13 дистанционного управления находится в состоянии ".рабочий режим" (контакты коммутационного элемента 51 замкнуты}, при котором на выходе источника 14 управляющих сигналов появляется выходной l сигнал в виде низкого уровня напряжения постоянного тока, который через узлы 11 и 12 формирования управляющих сигналов поступает на управляющие входы первого и второго электронных коммутационных узлов.

При этом открываются нижние ключи (Н. К.) электронных узлов 9 и 10 коммутации и разрываются цепи прохождения сигналов через верхние ключи (8. К.) электронных узлов 9 и 10 коммутации, а рабочая секция 4 и компенсационная секция 5 измерительной обмотки оказываются включенными между собой последовательно встречно (конец рабочей секции 4 и конец компенсационной секции 5 измерительной обмотки соединяются между собой через нижний ключ (Н. К.) электронного коммутационного узла 10).

Напряжения Up с выхода рабочей секции 4 и О с выхода компенсационной секции измерительной обмотки геометрически вычитаются на секциях этих обмоток и разностное результирующее напряжение

О)-: =lОw -Up t . изменяющееся вфункции движения рабочего якоря 6. через открытый нижний ключ (Н, К.) узла 9 коммутации поступает на вход первого согласующего устройства 15.

С выхода согласующего устройства 15 напряжение U E поступает на вход измерительного канала 17 и далее через усилитель 18 переменного напряжения, двухполупериодный выпрямитель 19 и

2р фильтр 20 нижних частот поступает на его выход, с выхода которого напряжение Овы, регистрируется стандартными измерительными приборами(вольтметры, самописцы и др)

Работа измерительного канала 17 основана на усилении переменного напряжения

Up усилителем напряжения 18 с последующим преобразованием его в пульсирующее напряжение с помощью

55 двухполупериодного выпрямителя 19 и далее в напряжение постоянного тока с помощью фильтра низких частот 20.

Контроль функционирования трансформаторногодатчика, например, перед или после установки на изделие или в процессе работы, когда измеряемый параметр (например, перемещение объекта контроля относительно рабочего торца чувствительного элемента) неизвестен, производят следующим образом..

Узел 13 дистанционного управления устанавливается в состояние "Проверка функционирования" (контакты коммутационного элемента 31 разомкнуты), вследствие этого на выходе источника 14 управляющих сигналов появляется сигнал в виде высокого уровня напряжения, который через узлы 11 и 12 формирования управляющих сигналов поступает на управляющие входы первого 9 и второго 10 электронных коммутационных узлов. При этом открываются верхние ключи (B. К.) и разрывается цепь прохождения через нижние ключи (Н. К.) узлов 9, 10 коммутации, а секции рабочей 4 и компенсационной 5 измерительной обмотки оказываются включенными между собой последовательно согласно (начало рабочей измерительной секции 4 и конец компенсационной 5 измерительной секции соединя1832177 ются между собой через верхний ключ электронного коммутационного узла 9).

Напряжения Up - с выхода секции 4 и

U4 - с выхода секции 5 измерительной обмотки суммируются на секциях измеритель- 5 ной обмотки и суммарное результирующее напряжение О Е1 =I U»- + Ор -l с конца секции 4 измерительной обмотки через открытый верхний ключ узла 10 коммутации поступает на вход второго согласующего устройства, с выхода которого напряжение

О Е р поступает на вход измерительного канала 17. На выходе измерительного канала формируется калибровочное напряжеНИЕ Окалибр. ВЕЛИЧИНа КОТОРОГО В ПРОЦЕССЕ изготовления (при настройке) датчика устанавливается равной значению выходного напряжения Ua».д в конечной точке диапазона измерения в рабочем режиме, т. е.

U»anv6p.=08ык.д. и записывается вформуляре (паспорте) датчика.

Таким образом, если при работе датчика в режиме "Контроль функционирования" на выходе измерительного канала 17 стандартным измерительным прибором регистрируется калибровочное напряжение

10»алибр., КОтсрОЕ . СООтВЕтСтВуЕт ЗараНЕЕ известному калибровочному напряжению (с установленными предельными допустимыми отклонениями от номинала). записанному в формуляре (паспорте) на датчик, то это свидетельствует о исправном состоянии датчика.

Вышеуказанное поясняется выходными характеристиками датчика (на фиг. 2 показано сплошными линиями).

Повышение точности измерения достигается за счет того, что изменение масштаба преобразования измерительного канала 17, вследствие ухода его характеристик от времени и других дестабилизирующих факторов, а также временной уход характеристик чувствительного элемента, может быть учтен определением реального масштаба преобразования следующим образом.

Перед началом измерений датчик с помощью узла дистанционного управления 13 устанавливается в режим "Проверка функционирования". При этом на выходе измерительного канала датчика появляется напРЯжение О»алибр, котоРое измеРЯетсЯ стандартным прибором и сравнивается с калибровочным напряжением записанным в формуляре датчика с учетом допустимых отклонений от номинального значения (на фиг. 2 показано сплошными линиями).

Если измеренное калибровочное наПРЯжЕНИЕ Окалибр. (фИГ. 2) СОВПаДавт (ИЛИ находится в пределах допустимых отклонений) с калибровочным напряжением записанным в формуле (паспорте) на датчик, то расшифровка результатов измерения перемещения производится по градуировочной (выходной) характеристике датчика, приведенной в формуляре (с масштабом m преобразования равным m=, где 0—

Окалиб диапазон измеряемого параметра движения).

Если измеренное калибровочное напряжение имеет отклонение (превышающее допустимые нормы) от калибровочного напряжения, записанного в формуляре на датчик, то необходимо определить реальный масштаб m> преобразования датчика (с учетом ухода собственных характеристик датчика) по формуле

Ол либр.! (1)

ГдЕ Окалибр1 — ИЭМЕрЕННОЕ СтаНдартНЫМ прибором калибровочное напряжение отличающееся от калибровочного напряжения (записанного в формуляре), на величину, превышающую допустимые нормы (например. вследствие изменения передаточной характеристики измерительного канала 17).

Расшифровка результатов измерения перемещений при этом производится по градуировочной (выходной) характеристике датчика Ug »=f др (изображенной на фиг, 2 штриховой линией). которая имеет масштаб преобразования m>, соответствующий калибровочному напряжению О» бр.1, Таким образом за счет введения дополнительных узлов в состав датчика обеспечивается контроль его функционирования и повышается точность измерения (за счет определения реального масштаба преобразования перед началом или в процессе измерений (по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Трансформаторный датчик перемещений, содержащий корпус, размещенный в нем ферромагнитный сердечник с двухсекционной обмоткой возбуждения, измерительной и компенсационной рабочими обмотками, симметрирующую пластину, подвижный якорь, источник переменного напряжения, секции обмотки возбуждения соединены последовательно согласно и подключены к выходу источника переменного напряжения. отличающийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения контроля функционирования, оно снабжено двумя узлами коммутации, двумя узлами формирования управляющих сигналов, последовательно соединенными узлом дистанционного управления и источником

1832177 санечндя ло га марока иыиЦХн Ю

9иг 2 . .1

Корректор Л. Ливринц

Составитель H. Конаков

Редактор С. Кулакова Техред М,Моргентал

Заказ 2606 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина; 101 управляющих сигналов, двумя блоками согласования и блоком преобразования напряжения, входы узлов формирования управляющих сигналов соединены с выходом источника управляющих сигналов, а выходы — с управляющими входами узлов коммутации, вывод от начала измерительной рабочей обмотки соединен с входом первого блока коммутации, вывод от конца. измерительной рабочей обмотки подключен к входу второго блока коммутации, вывод от конца компенсационной измерительной обмотки подключен к первому и второму выходам, соответственно первого и второго узлов коммутации, выводы от начала компенсационной обмотки и конца обмотки

5 возбуждения подключены к шине заземле: ния, второй выход первого блока коммутации подключен к входу первого блока согласования, первый выход второго блока коммутации подключен к входу второго бло10 ка согласования, а выходы блоков согласования подключены к входу блока преобразования напряжений.