Устройство для измерения угла поворота объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения, например, угла поворота пробки крана-регулятора. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства. Устройство состоит из преобразователя угла, выполненного в виде изогнутого отрезка трубы 1, закрытого с двух сторон пробками 2 и 3, с размещенными в ней рассеивателями в виде двух игл, расположенных под углом друг к другу, стального шарика 5 и постоянного магнита 8. Измерительная схема состоит из высокочастотного генератора 9, резонансного приемника 10, схемы 11 управления, счетчика 12, шины 13 данных и шины 14 управления. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения угла поворота, и может быть использовано в газовой промышленности, например, для измерения угла поворота пробки крана-регулятора.

Известен преобразователь давления потенциометрический ПбЭ10 (разработка КФ СКБ "Союзгазавтоматика"). В качестве преобразователя угла в электрический сигнал в известном устройстве используется проволочный потенциометр, вал которого соединяется с осью крана. Выходной сигнал известного устройства аналоговый в виде напряжения, изменяющегося пропорционально углу поворота.

Недостатками этого устройства являются низкая надежность и ограниченный срок службы трущегося контакта, что создает большие эксплуатационные неудобства при использовании известного устройства в кранах-регуляторах, применяемых для поддержания необходимого расхода газа на газовых промыслах и подземных газовых хранилищах.

Кран-регулятор должен длительное время находиться в работающем состоянии, и любая его остановка на ремонт приводит к прекращению подачи газа, т. е. к экономическим потерям.

Характер работы крана связан с перемещениями рабочего тела крана (пробки) в пределах небольшого угла (от 0 до 90о), поэтому на потенциометрическом преобразователе известного устройства наблюдается локальный износ.

Известно также устройство для преобразования угла поворота в электрический сигнал, состоящее из преобразователя угла поворота в электрический сигнал, источника опорного напряжения, селектора октантов переключателя, двух демодуляторов, блока деления, двух масштабных усилителей источника эталонного сигнала и выключателя, состоящего из двух сумматоров и двух управляемых масштабных усилителей (авт.св. 1527489, кл. G 01 B 7/30, 1985).

Недостатками известного устройства являются его сложность и необходимость высокого уровня стабилизации опорных напряжений.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что преобразователь угла поворота выполнен в виде изогнутого по дуге окружности отрезка трубы, закрытой с двух сторон пробками, с размещенными в ней рассеивателями в виде двух игл, расположенных под углом друг к другу, отражателя в виде стального шарика, пьезокерамической пластины с металлическими обкладками, укрепленной на одной из пробок и постоянного магнита, предназначенного для установки на объекте контроля, генератор переменного тока выполнен в виде высокочастотного модулируемого электронного генератора, а блок обработки выполнен в виде резонансного приемника, схемы управления, счетчика импульсов, шины данных и шины управления, пьезокерамическая пластина соединена с первым выходом генератора и подключена к входу резонансного приемника, выход которого соединен с входом схемы управления, первый выход которой подключен к первому модулирующему входу генератора, второй выход соединен с вторым модулирующим входом генератора, третий выход схемы управления соединен с входом установки счетчика, счетный вход которого соединен с вторым выходом генератора, четвертый выход схемы управления объединен с выходом счетчика и подключен к шине данных, а пятый выход схемы управления соединен с шиной управления.

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 циклограмма работы устройства.

Устройство для измерения угла поворота объекта состоит из изогнутого по дуге окружности отрезка немагнитной трубы 1, закрытой с двух сторон пробками 2, 3, пьезокерамической пластины 4 с металлическими обкладками, укрепленной на одной из пробок, отражателя в виде стального шарика 5, с размещенными внутри отрезка трубы 1 рассеивателями в виде двух игл 6 и 7, расположенных под углом друг к другу, постоянного магнита 8, предназначенного для установки на объекте контроля, генератора 9 переменного тока, выполненного в виде высокочастотного модулируемого электронного генератора, блока обработки, выполненного в виде резонансного приемника 10, схемы 11 управления, счетчика 12 импульсов, шины 13 данных и шины 14 управления.

Устройство работает следующим образом.

Трубка 1 из немагнитного материала изогнута по дуге окружности на угол, превышающий на 20-30о рабочее значение угла поворота пробки крана. К металлическим обкладкам присоединены провода, выведенные через пробку наружу. На угловом расстоянии, например 10о от пьезокерамической пластины 4, установлен первый рассеиватель в виде тонкой иглы 6. На угловом расстоянии, например 10о от обращенной к пьезокерамической пластине 4 кромки иглы 6, размещен второй рассеиватель в виде тонкой иглы 7. В пространстве между вторым рассеивателем 7 и пробкой 2 помещен отражатель в виде стального шарика 5, обладающего свободой перемещений в трубе 1. Отражатель в виде стального шарика 5 через магнитное поле связан с постоянным магнитом 8, установленным на объекте контроля, в нашем случае на оси пробки крана. При повороте оси перемещающийся с осью постоянный магнит 8 увлекает за собой через силовые линии стальной шарик 5. Стальной шарик перемещается внутри немагнитной трубки 1, и расстояние от пьезокерамической пластины 4 до шарика 5 изменяется при изменении угла поворота оси.

Схема 11 управления представляет собой программируемый автомат, например однокристалльную ЭВМ. После подачи питания на выходе 3 схемы 11 управления появляется импульс сброса в ноль счетчика 12 импульсов (сигнал СУ-3 на фиг. 2), затем на выходах 1 и 2 (СУ-1 и СУ-2) появляются сигналы высокого уровня, разрешающие формирование на выходах 1 и 2 генератора 9 переменного тока импульсов для возбуждения высокочастотных колебаний в пьезокерамической пластине 4 и импульсов для измерения времени на счетный вход счетчика 12 импульсов.

Высокочастотные колебания пьезокерамической пластины 4 преобразуются ею в ультразвуковую волну, распространяющуюся по трубе 1 как по волноводу в сторону стального шарика 5. Импульс СУ-1 с первого выхода схемы 11 управления прерывается в момент времени, не превышающий времени движения ультразвуковой волны от пьезокерамической пластины 4 до иглы 6.

Достигнув иглы 6, ультразвуковая волна частично отражается в сторону пьезокерамической пластины 4, достигает ее и преобразуется ею в электрический высокочастотный сигнал. Этот сигнал с пьезокерамической пластины 4 поступает на вход резонансного приемника 10, усиливается и детектируется им и поступает на информационный вход схемы 11 управления. Время двойного хода волны в трубе измеряется счетчиком 12 импульсов. После приема первого отраженного сигнала схема 11 управления вводит по шине 13 данных код t1 из счетчика 12 импульсов и хранит его.

Через некоторое время ультразвуковая волна достигает второй иглы 7, отражается от нее и так же, как первая, преобразуется в электрический сигнал, который с выхода резонансного приемника 10 поступает на вход схемы 11 управления. Схема 11 управления, обнаружив второй отраженный сигнал, через шину 13 данных вводит с выходов счетчика 12 код времени t2 двойного хода в трубе 1 второго импульса и запоминает его.

Разница t2 t1 соответствует времени двойного хода волны между иглами 6 и 7, угловое расстояние между которыми э.

Основная энергия ультразвуковой волны распространяется в сторону стального шарика 5, достигает его, отражается и двигается в сторону пьезокерамической пластины 4. Пьезокерамическая пластина 4 преобразует отраженный ультразвук в электрический сигнал. С выхода резонансного приемника 10 сигнал поступает на вход схемы 11 управления. Обнаружив третий отраженный сигнал, схема 11 управления вводит код времени t3 из счетчика 12 (отпирание выходов счетчика 12 импульсов производится схемой управления по цепи, на фиг.1 не показанной), и прекращается выдача сигнал СУ-2, управляющего выдачей, на счетный вход счетчика 12 импульсов с эталонной частотой следования с генератора 9.

После ввода трех значений времени t1, t2, t3 с выхода счетчика 12 импульсов схема 11 управления производит вычисление значения кода, соответствующего углу x поворота оси x= э После окончания вычислений схема 11 управления выдает на шину 13 данных код результата измерений, а на шину 14 управления сигнал "Готовность" и ожидает "квитанцию подтверждения приема" от информационного устройства, использующего информацию об измеренном угле.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ОБЪЕКТА, содержащее преобразователь угла поворота в электрический сигнал, генератор переменного тока и блок измерения, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, преобразователь угла поворота выполнен в виде изогнутого по дуге окружности отрезка трубы, закрытой с двух сторон пробками с размещенными в ней рассеивателями в виде двух игл, расположенных под углом друг к другу, отражателя в виде стального шарика, пьезокерамической пластины с металлическими обкладками, укрепленной на одной из пробок и постоянного магнита, предназначенного для установки на объекте контроля, генератор переменного тока выполнен в виде высокочастотного модулируемого электронного генератора, а блок обработки выполнен в виде резонансного приемника, схемы управления, счетчика импульсов, шины данных и шины управления, пьезокерамическая пластина соединена с первым выходом генератора и подключена к входу резонансного приемника, выход которого соединен с входом схемы управления, первый выход которой подключен к первому модулирующему входу генератора, второй выход соединен с вторым модулирующим входом генератора, третий выход схемы управления соединен с входом установки счетчика, съемный вход которого соединен с вторым выходом генератора, четвертый выход схемы управления объединен с выходом счетчика и подключен к шине данных, а пятый выход схемы управления соединен с шиной управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность измерительного преобразователя неэлектрических величин, преобразователь содержит источник опорного напряжения, коммутатор, дифференциальный емкостный датчик и подключенные к нему усилитель, фазочувствительный демодулятор, блок сравнения и интегратор

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью - расширение функциональных возможностей датчика угловых перемещений путем одновременного измерения угловых перемещений двух соосно расположенных валов

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и уменьшение габаритов магниторезистивного датчика перемещений

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью расширение функциональных возможностей индукционного бесконтактного датчика угла поворота за счет изменения вида его выходной характеристики

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью упрощения конструкции индукционного бесконтактного датчика угла поворота, который содержит плоский ферромагнитный статор, имеющий Ш-образное поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной его продольной оси, совпадающей с его средним стержнем, а также цилиндрический ротор, ось которого параллельна продольной оси статора

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью упрощение конструкции и снижение габаритных размеров трансформаторного датчика угла поворота двух валов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в системах автоматического управления

Изобретение относится к измерительтехнике и имеет целью расширение дизона измеряемого углового перемещения до 360 и повышение точности путем уменьшения влияния перекоса элехтродов дифференциального емкостного преобразователя углового перемещения, кот )рый содержит два неподвижных электрода , образованных четырьмя кольцами, лежащими в общей плоскости и разделенными изоляционными спиралями на участки, соединенные между собой определенным образом, Текущие радиусы спиралей связаны между собой заданными математическими соотношениями

Изобретение относится к области промысловой геофизики и может быть использовано при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности, при строительстве наклонно-направленных и горизонтальных скважин, где требуется высокая точность измерения зенитных углов и высокая надежность проведения измерений

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для осуществления манипуляторов промышленных роботов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля угловых перемещений рабочих органов металлорежущих станков

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля угловых перемещений валов различных механизмов

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах автоматического управления и контроля

Изобретение относится к области преобразователей механических величин в электрические и может быть применено в тех областях, где необходимо осуществлять измерения углов поворота ротора в двух ортогональных плоскостях в пределах 180o и более, например, в гироскопии, в системах управления, в робототехнических устройствах и т.п

Изобретение относится к измерительной технике
Наверх