Устройство для измерения перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении перемещений. Цель изобретения - повышение точности и автоматизации измерений перемещения. Устройство является мостовой схемой переменного тока с автоматическим уравновешиванием . Новым является использование дифференциального индуктивного первичного преобразователя в уравновешенном автоматическом мосте, полученном путем преобразования неуравновешенного моста в уравновешенный введением дополнительных элементов, что обеспечивает практически полное уравновешивание по модулю и аргументу во всем диапазоне измеряемых перемещений. 2 ил ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ь

С )ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 6 01 В 7/ОО

ГОСУДАРСТВЕН ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО С CP (ГОСПАТЕНТ СС "P) МйИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 47600д" i 28 (22) 15.08.8,. (46) 30.01.93,баюл.N. 4 (71) Институт металлургии им.50-летия

СССР (2) С.Е,l:.-. êîâåö, М Г,Кекуа, M.O .Ïàãàâà и M.Ì.Ãâè"ия (56) Левшина Е.С„Новицкий П.В, Измерител ьн ые и реоб разо ватели, Энергоатомиздат. Л., 1983, с,136.

Новицкий П.В Электриче кие измерения неэлектрических величин, Л.: Энергия с.132, рис.5-14б. 975, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборостроению, и представляет собой автоматически уравновешивающийся мост с дефференциальным индуктивным преобразователем перемещений (ДИП П), Известны измерительные цепи по схеме неравновесного измерительного моста переменного тока, два плеча которого образованы двумя половинами ДИПП. Два других плеча могут иметь активные или комплексные сопротивления Они имеют ряд недостатков, снижающих точность измерений на устройствах, выполненных на их основе, или сужающих область их применения. Это, в частности:

1) зависимость амплитуды аналогового сигнала выхода от напряжения питания;. Ж 1791699 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении перемещений, Цель изобретения — повышение точности и автоматизации измерений перемещения, Устройство является мостовой схемой переменного тока с автоматическим уравновешиванием. Новым является использование дифференциального индуктивного первичного преобразователя в уравновешенном автоматическом мосте. полученном путем преобразования неуравновешенного моста в уравновешенный введением дополнительных элементов, что обеспечивает практически полное уравновешивание по модулю и аргументу во всем диапазоне измеряемых перемещений. 2 ил

2) нелинейность (как правило) шкалы выходного прибора устройств на их основе;

3) наличие фазового сдвига выхода и зависимость его величины от положения сердечника ДИПП; (, с

4) проблемы стыковки с самописцем, а также с магнитоэлектрическим прибором К ) постоянного тока. решением дополнителbными фазочувствительными и (или) выпрямляющими устройствами.

Поэтому эти цепи не позволяют эффективно использовать их для точных измерений и автоматической регистрации перемещений, Измерительные tlenv: неравновесных мостов снабжены дополнительными резистивноемкостными элементами, с помощью которых осуществляется предварительно уравновешивание по двум составляющим, корпекти1 791899 руя тем самым неи} дентичность половин реально изготовленнпl О преобразователя.

Цепи предварительного уравновешивания неравновесно о моста выполнены таким образом, что не шунтируют преобразователь, сохраняя его высокую чувствительность. однако и этой схеме присущи все выш>е>перечисленные недостатки неравноВЕСНЫХ МОСТОВ.

Целью изобретения является повышение точности 14 автоматизация процесса непрерывнь}х измерений с ДИПП.

Для достижения цели известная схема включения ДИПП в. неравновесный мост преобразована в равновесный мост переменного тока, 50 Гц. с автоматическим уравновешиванием. Элементы новой схемы— это ДИПП (6 и 7), плечи сравнения 1 и 2, (резисторы R1=-R2--R). реохорд Rp со скользящим контактом 5, включенный параллельно датчику, и КС=цепочка (элементы 3 Вз и 4 С) из параллельно соединенных емкости С и сопротивления Вз, включенная между подвижным контактом реохорда и точкой соединения сравнительных плеч моста, а также фаэочувствительный усилитель 8 с реверсивным двигателем 9, кинематически связанный с подвижным контактом реохорда и стрелкой-указателем шкалы, Новая схема для данного конкретного ДИППа с определенным значением комплексного сопротивления его половин обеспечивает автоматическое полное уравновешивание по активной и реактивной составляющим в трех точках диапазона измерений — начальной, точке середины и конечной изменением соотношения двух активных сопротивлений — частей одного реохорда путем перемещения одного скользящего его контакта, Во всех промежуточных точках достигается практически полное уравновешивание, при этом Вр«В, B процессе работы устройства по мере смещения ферритового сердечника ДИПП возрастает индуктивное сопротивление одного плеча ДИПП и соответственно на ту же величину уменьшается индуктивное сопротивление другого. Возникающий небаланс компенсируется, нейтрализуется введением в соответствующее плечо сравнения емкостнОЙ cocTBBëÿющеЙ с помощью автоматического перемещения реверсивным мотором подвижного контакта реохорда. При этом по мере приближения к положению равновесия не меняются фаза сигнала и на входе усилителя 8(типа УЭ-109) не наблюдается квадратурной составляющей, что обеспечивает сохранность высокой чувствительности его во всем диапазоне измерений. RC-цепочка (элементы 3 и 4) при соответствующем выборе ее параметров легко обеспечивает переход работы устройства на новый (расширенный или суженный) диапазон регистрируемых перемещений, 5 В результате приведенного ниже расчета получены аналитические зависимости для введения в схему элементов 3 и 4, составляющих параллельную RC-цепочку. Эквивалентная схема для одной из крайних

10 точек диапазона измерения, когда RC-цепочка шунтирует соответствующее плечо сравнения, будет выглядеть как на фиг.2, где Zz — комплексное сопротивление, образованное соединенными в параллель Вг, йз

15 и С, Отсюда — . + +

1 1

Z2 R2 пз Xc где Хс=1/j в С, 20 а 81=йг=й (по условию), 1 1 1

И вЂ” .+ +)вС.

22 и йз

8 результате перемещения сердечника

ДИПП в крайнее положение диапазона измерения. соответствующее крайнему положению скользящего контакта реохорда Rp, 30 индуктивность одного плеча датчика уменьшилась на Л L и стала равна L =Lp- Ь L, где

Lo — начальная индуктивность каждой половины ДИПП, а другого плеча увеличилась на

Л L и стала равной Lp+ Ь =Г2Л L, . T.о имеем 24=r+jв1,2з=г+)вГ+)2вЛ1, где r — активное сопротивление каждой из половин ДИПП.

Из условия равновесия моста 222з=й24 имеем

1 2з r+jmL +j2é)ËL

22 R 24

Л l v> L } р+ }г,,г

1 2

= — +

R й

1 2вгL .Л1 „2вгЛ1.

R R(p QL2) р(гг y+L2) (2)

Сравнивая почленно выражения (1) и (2), находим

R, ->оР } n w»>>g>. A> }

2вг} > -1> 0 (>о Л )Л(2rAL г . Л1 с-—

R(r +àÐ1. ) " r +О<2(L„— Al )

В средней точке диапазона при любых параметрах RC-цепочки достигается полное уравновешивание, поскольку ДИПП не вносит сдвига фаз между напряжением питания и напряжениями на своих половинах, имеющих равные в средней точке комплексные сопротивления и падения напряжения и ток через RC-цепочку в связи с этим не течет, Датчик выполнен высококачественным и поэтому для некоторой корректировки идентичности половин датчика по активной составляющей оказалось достаточным последовательно с соответствующей половиной датчика включить небольшое безреактивное сопротивление. Выравнивание индуктивных сопротивлений производилось коррекцией положения якоря. Качественное изготовление датчика, а также принятый способ предварительного уравновешивания, как не содержащий скользящих контактов. наиболее надежно соответствуют одной из составляющих поставленной цели — повышению точности измерений.

Устройство для измерения перемещений, выполненное по предложенной измерительной цепи уравновешенного моста с

ДИПП, принципиально нечувствительно к . изменениям напряжения питания и имеет в связи с применением нулевого метода измерений, одним из которых является ме од уравновешенного моста, более высокую гоч«осrb в сражен<. н<1и <;. у с < рой<.1«л 111;II<.< t» гичного назначения f1C< ск»м;.м н< урлвн<1<ч шенных мостов в сходных условия. эксплуатации, Оно эффективно работает «<

5 сколько лет в режиме автоматической реги страции перемещений в диапазоне 0-100

wKM и применено в дилатометре для,изуч»ния теплового расширения полупроводниковых материалов.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее дифференциальный преобразователь, включенный в измери15 тельные плечи моста, два резистора, включенные в плечи сравнения моста, реохорд, включенный параллельно дифференциальному преобразователю, уравновешивающий конденсатор, соединенный с

20 подвижным контактом реохорда, и уравновешивающий резистор. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и автоматизации процесса измерения, оно снабжено последовательно соединенными

25 фазочувствительным усилителем и pesepсивным двигателем, один вход фазочувствительного усилителя соединен с общей точкой плеч сравнения моста, второй вход— с общей точкой измерительных плеч моста, 30 уравновешивающий резистор и конденсатор соединены между собой параллельно и подключены между подвижным контактом реохорда и общей точкой плеч сравнения моста, а подвижный контакт реохорда меха35 ничгски связан с реверсивным двигателем.

Составитель С. Маковец

Редактор 3. Ходакова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор 3,Салко

Заказ 146 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