Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для точного измерения перемещений. Сущность изобретения: устройство, принципиальная схема которого изображена на чертеже, содержит дифференциальный индуктивный датчик, мостовую схему, в два плеча которой включены обмотки датчика 1 и 3, а в два других плеча - уравновешивающие сопротивления 2 и 4, источник питания 5, включенный в диагональ питания мостовой схемы, ваттметр в качестве индикатора сигнала, токовая обмотка 6 которого включена в измерительную диагональ мостовой схемы непосредственно или, с целью повышения чувствительности мостовой схемы, через трансформатор, обмотка напряжения ваттметра 7 включена в диагональ питания мостовой схемы. Выбор величин сопротивлений уравновешивающих резисторов 2 и 4 минимизирует погрешность измерения перемещений путем уменьшения влияния нестабильности активных сопротивлений обмоток датчика. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2007691
Класс(ы) патента: G01B7/14, G01R17/10
Номер заявки: 4878841/21
Дата подачи заявки: 30.10.1990
Дата публикации: 15.02.1994
Заявитель(и): Московский государственный технологический университет "Станкин"
Автор(ы): Емельянов П.Н.
Патентообладатель(и): Московский государственный технологический университет "Станкин"
Описание изобретения: Изобретение относится к области приборостроения, а точнее к измерительной технике, содержащей индуктивные датчики перемещений.
Известны устройства для измерения перемещений с различными схемами включения индуктивных датчиков. Одной из наиболее распространенных схем включения является мостовая схема, содержащая в двух плечах обмотки дифференциального индуктивного датчика, а в двух других плечах - уравновешивающие сопротивления. В измерительную диагональ мостовой схемы включается индикатор сигнала с большим сопротивлением (усилитель и вольтметр) или с малым сопротивлением (амперметр, гальванометр). Для придания устройству свойства фазовой чувствительности индикатор сигнала (вольтметр или амперметp) включается через выпрямительную схему. В качестве прототипа принимается устройство с малым сопротивлением индикатора сигнала, измеряющего величину электрического тока в измерительной диагонали мостовой схемы. Для придания свойства фазовой чувствительности в прототипе применяется выпрямительная схема.
Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение устройства за счет исключения выпрямительной схемы без потери свойства фазовой чувствительности.
Эта цель достигается тем, что устройство для измерения перемещений, содержащее индуктивный дифференциальный датчик, мостовую схему, в два плеча которой включены обмотки датчика, а в два других плеча - уравновешивающие сопротивления, источник питания, включенный в диагональ питания мостовой схемы, снабжено в качестве индикатора сигнала ваттметром, токовая обмотка которого включена в измерительную диагональ мостовой схемы, обмотка напряжения включена в диагональ питания мостовой схемы параллельно источнику питания; величины сопротивлений уравновешивающих резисторов выбираются из условия, чтобы значения коэффициента А было больше по крайней мере на порядок коэффициента В, причем
Ia= U, где A = Re { Z[(r1 + r3) + j(x1 + x3)] } + 2(r1r3-x1x3);
B = Im{ Z[(r1 + r3) + j(x1 + x3)] } + 2(r1x3 + r3x1);
U - напряжение источника питания;
x1x3 - реактивные сопротивления обмоток датчика;
r1r3 - активные сопротивления обмоток датчика;
Z - сопротивления уравновешивающих плеч мостовой схемы.
На чертеже представлена схема заявляемого устройства для измерения перемещений.
Устройство содержит дифференциальный индуктивный датчик, обмотки 1 и 3 которого включены в два плеча мостовой схемы, в два других плеча включены уравновешивающие резисторы 2 и 4. Источник питания 5 включен в диагональ питания мостовой схемы. В измерительную диагональ мостовой схемы включена токовая обмотка 6 ваттметра непосредственно или, для увеличения чувствительности устройства, через трансформатор 8. Обмотка напряжения 7 ваттметра подключена к диагонали питания мостовой схемы.
Устройство работает следующим образом.
В равновесном положении якоря датчика, когда сопротивления обмоток равны, мостовая схема находится в состоянии баланса и величина тока в ее измерительной диагонали равна нулю. Действие датчика основано на преобразовании перемещения якоря в изменение индуктивности обмоток. При этом величина тока Iо в измерительной диагонали мостовой схемы определяется следующим выражением (для случая, если сопротивление токовой обмотки ваттметра много меньше, по крайней мере на порядок сопротивления мостовой схемы со стороны зажимов индикатора сигнала): I0= U , (1) где U - напряжение источника питания;
Z1, Z3 - сопротивления обмоток датчика;
Z2, Z4 - сопротивления уравновешивающих плеч мостовой схемы.
Выражение (1) может быть записано в следующем виде:
I0= U, (2) где A = Re { Z[(r1 + r3) + j(x1 + x3)] } +
+ 2(r1r3-x1x3); (3)
B = Im { Z[(r1 + r3) + j(x1 + x3)] } +
+ 2(r1x3 + r3x1); (4)
x1, x3 - реактивные сопротивления обмоток датчика;
r1, r3 - активные сопротивления обмоток датчика;
Z = Z2 = Z4 - сопротивления уравновешивающих плеч мостовой схемы Умножая числитель и знаменатель формулы (2) на комплексную величину A-jB, имеем
I0= U +j= Ia+jIr. (5)
Далее, умножая числитель и знаменатель действительной части на 1/B, а мнимой части на 1/А, имеем
I0= U +j (6)
Перемещение якоря датчика вызывает, в основном, изменение реактивных сопротивлений обмоток x1 и x3, но имеет место также изменение активных потерь в обмотках датчика, что характеризуется наличием разности (r3-r1) в формулах (2), (5) и (6) и ведет к погрешности измерения перемещения.
Погрешность может быть уменьшена путем выбора значений сопротивлений уравновешивающих плеч Z. При выборе такого значения Z, что В >> А, по крайней мере, в 10 раз и более, активная составляющая тока в формуле (6) пропорциональна разности x3-x1, так как членом A/B·(r3-r1) можно пренебречь ввиду его малости.
При значениях добротности обмоток датчика, больших единицы, т. е. при x1x3 > >r1r3, когда разность (r1r3-x1x3) в формуле (3) отрицательна, для уменьшения значения коэффициента А необходимо второе слагаемое в формуле (3) иметь положительным. Это может быть достигнуто применением в качестве уравновешивающих сопротивлений Z активных сопротивлений R. Формулы (3) и (4) в этом случае принимают следующий вид:
A = R(r1 + r3) + 2(r1r3-x1x3); (7)
B = R(x1 + x3) + 2(r1x3 + r3x1). (8)
Численное значение R в большинстве случаев достаточно определять по формуле (7), минимизируя А с учетом реальных сопротивлений обмоток датчика r1, x1, r3 и x3 в равновесном режиме при неотклоненном якоре. Приравнивая в формуле (7) А = 0, получаем выражение для R:
R= . (9)
Погрешность измерения перемещений, вызванная нестабильностью значений r1 и r3, уменьшается тем сильнее, чем больше значение коэффициента B по сравнению с коэффициентом А, что непосредственно следует из формулы (6).
Для дальнейшего повышения точности измерения при выборе уравновешивающих сопротивлений плеч мостовой схемы в целях оптимальной минимизации коэффициента А рекомендуется в формуле (9) использовать значения сопротивлений обмоток индуктивного датчика не в равновесном режиме, а с учетом их возможных температурных изменений в процессе работы.
При этом изменение показаний индикатора сигнала связано с изменением только активной составляющей тока, в измерительной диагонали мостовой схемы, что достигается использованием в качестве индикатора сигнала ваттметра, включенного по описанной выше схеме.
Таким образом, по показаниям ваттметра можно судить о величине перемещения якоря датчика, так как этой величиной определяются значения сопротивлений Z1 и Z3 и, следовательно, ток, протекающий через обмотку ваттметра. По направлению отклонения указателя ваттметра, соответствующему направлению тока Iо, можно судить о знаке разности Z3-Z1 и, следовательно, 0 направлении перемещения якоря. Таким образом, ваттметр придает устройству свойство фазовой чувствительности. Необходимость в наличии выпрямительных схем отпадает. (56) Проектирование датчиков для измерения механических величин. М. : Машиностроение, 1979, с. 217, рис. 9.2.
Алейкин С. и др. Датчики контроля и регулирования. М. : Машиностроение, 1965, с. 105, фиг. 1. 85.
Формула изобретения: 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее индуктивный дифференциальный датчик, мостовую схему, в два плеча которой включены обмотки датчика, а в два других плеча - уравновешивающие резисторы, источник питания, включенный в диагональ питания мостовой схемы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства, в качестве индикатора сигнала используется ваттметр, токовая обмотка которого включена в измерительную диагональ мостовой схемы, обмотка напряжения включена в диагональ питания мостовой схемы параллельно источнику питания, величины сопротивлений уравновешивающих резисторов выбираются из условия, чтобы значение коэффициента A было больше по крайней мере на порядок коэффициента B, причем
Ia= U ,
где
A= Re{ Z[(r1+r3)+j(x1+x3)] } +2(r1r3-x1x3) ;
B= Im{ Z[(r1+r3)+j(x1+x3)] } +2(r1x3+r3x1) ;
U - напряжение источника питания,
x1, x3 - реактивные сопротивления обмоток датчика,
r1, r3 - активные сопротивления обмоток датчика,
Z - сопротивление уравновешивающих плеч мостовой схемы.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, токовая обмотка ваттметра включена в измерительную диагональ мостовой схемы через трансформатор тока.