Устройство для дистанционного измерения линейных перемещений

Устройство для дистанционного измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(ti>877318

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. l (61) Дополнительное к авт. свкд-ву № 135788 (22) Заявлено 05.10.79 (21) 2846513/18-25 (51) М. К

G0l В7/00 с присоединением заявки №вЂ”

Госудэрствеввмв камвтет (23) Приоритет—

СССР. (53) УДК 621.317. .39:531.71 (088.8) Опубликовано 30.10.81. Бюллетень.¹ 40 по делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 05.-11.81

Е. К. Беляков, Ю. Е. Рабкин и Н. И. Филип (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для дистанционного из,мерения линейных перемещений в установках, изолированных от внешней среды.

По основному авт. св. № 135788 известно устройство для дистанционного измерения линейных перемещений, содержащее трубу из немагнитного материала внутри которой установлен магнит, связываемый с контролируемым объектом в процессе измерения перемещений, снаружи трубы размещено несколько тороидальных сердечников, охватывающих трубу и несущих .на себе по две обмотки. Тороидальные сердечники расположены вдоль трубы на равных расстояниях один от другого. Пары обмоток каждых двух тороидальных сердечников соединены в мостовые схемы, подключенные к однофазной сети питания переменного тока.

Выходные диагонали мостовых схем подключены к сельсину-приемнику. При отсутствии постоянного под маги ичи вающего поля магнита индуктивности всех плеч мостовых схем одинаковы. При приближении к ,тороидальным сердечникам перемещающегося внутри трубы постоянного магнита происходит разбаланс мостовых схем за счет изменения индуктивных сопротивлений обмоток, включенных в них.

Параллельное соединение ряда мостовых схем при размещении тороидальных сердечников на равных расстояниях вдоль трубы позволяет получить многопериодные синусоидальные изменения выходных напряжений на всем контролируемом интервале перемещений. Наличие двух или трех подобных групп тороидальных сердечников, соответственно смещенных одна относительно . другой, дает двухфазную или трехфазную . системы синусоидальных многопериодных изменений напряжений, которье подаются на сельсин-приемник, благодаря чему линейное перемещение постоянного магнита, связанного с контролируемым объектом, преобразуется в многооборотное вращение ротора сельсина, выполняющего, по существу, функции точного указателя перемещений 11).

Недостатком известного устройства яв-. ляется возможность возникновения неопределенности в измерениях фактического положения контролируемого объекта при пропадании напряжения в сети питания, так как устройство является многопериодным.

В случае перемещения контролируемого объекта в обесточенном состоянии устройства, 87_#_3I 8 после восстановления напряжения его питания становится неясным, в каком из периодов контролируемого интервала. перемещений производится измерение перемещейий объекта.

Цель изобретения — повышение точности измерения линейных перемещений контролируемого объекта в случае пропадания напряжения в сети питания; ,Поставленная цель достигается тем, что устройство для дистанционного . измерения линейных перемещений снабжено вспомо- 10 гательными последовательно соединенными обмотками, размещенными на (mn+1) тороидальных сердечниках, где m — число фаз на выходе устройства, n=0,1,2,3„;— целые числа натурального ряда, герконами, размещенными в зоне действия этих обмоток на поверхности трубы; и последовательно соединенными аналоговым указателем перемещений, делителем напряжения и выпрямительным мостом, к входной диагонали которого подключены последовательно соединенные всмомогательные обмотки, одни контакты герконов соединены между собой и подключены к одному из выводов цепи последовательно соединенных вспомогательных обмоток, а другие контакты герконов подключены через резисторы к точкам соединения вспомогательных обмоток данной цепи., На фиг. I изображено предлагаемое устройство, двухфазный вариант; на фиг. 2— устройство, общий вид; на фиг, 3 — разрез А — А на фиг. 2; на фиг. 4 — зависимости фазных напряжений на основном выходе устройства и на выходе выпрямительного моста .. в функции перемещения постоянного магнита, .

Устройство содержит трубу I из немагнитной стали, внутри которой находится постоянный магнит 2; жестко связываемый в процессе измерений с объектом, перемещение которого контролируется.

На трубе I на равных расстояниях один от другого расположено К торондальных сердечников с двумя обмотками на каждом из них. Для измерения перемещения объек- 40 та на длине Е(без учета краевого эффекта) общее число К сердечникоув должно быть равно K=2mp, где р — целое число периодов фазных напряжений на основном выходе устройства, укладывающихся на длине 1, а m — число фазных напряжений на основ- 4$ ном выходе устройства. На тороидальных сердечниках 3 — 10 (К 8), охватывающих трубу, размещено по две обмотки 11 — 12, 13—

14, 15 — 16, 17 — 18, 19 — 20, 21 — 22, 23 — 24 и

25 — 26; Кроме того, на нечетных тороидальных сердечниках 3, 5, 7 и 9 т.е. на сер- s6 дечниках, где n — целые числа натурального ряда, размещены вспомогательные обмотки 27, 28, 29 и 30, соединенные между собой в последовательную цепь.

Обмотки !1 — 12, 15 — 16 и т:д. нечетных

mn+I) тороидальных сердечников 3 и 5,- д и 9) и соответствующие обмотки четных (mn+2) сердечников (4 и 6, 8 и 10) соединены в мостовые схемы, запитываемые от ти Чф переменного тока. Выходные диаго-. налн мостовых схем, содержащих обмотки, размещенные на нечетных (mn+ I ) сердечниках, соединены параллельно и образуют первую фазу Vy< устройства. Выходные диагонали мостовых схем, содержащих обмотки, размещенные на четных (mn+2} сердечннках, также соединены параллельно и образуют вторую фазу Чр устройства. В трехфазном варианте устройства первую фазу образуют обмотки, размещенные на ,(оп+1) сердечниках, вторую фазу — обмотки на (оп+2) сердечниках, третью фа- зу — обмотки íà (mn+3) сердечниках. К фазам устройства подключены вторичные обмотки 31 и 32 сельсина-приемника 33, выполняющего функции основного (точного) указателя перемещений устройства.

Выводы каждой из вспомогательных обмоток 27 — 30 через резисторы 34 — 37 под-. ключены к контактам герконов 38--41, расположенных на трубе .! в зонах (mn+ ) сердечников как при двухфазном, так и при трехфазном варианте выполнения устройства. Для обеспечения нормального режима работы герконов они располагаются на трубе 1 вблизи вспомогательных обмоток 27 — 30 (mn+ I ) сердечников. Плоскости контактов герконов должны быть расположены в плоскости, касательной к трубе.

Другие контакты герконов 38 — 4! соединены между собой и с выпрямительным мостом 42, к которому подключен также один нз выводов вспомогательной обмотки 27, Выход выпрямительного моста 42 соединен с делителем 43 напряжения, к которому подключен вспомогательный аналоговый указатель 44 перемещений выполняющий функции грубого указателя. Обмотка 45 возбуждения сельсина-приемника 33 так же, как и основные. обмотки сердечников, запитывается от сети V< переменного тока.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии постоянного подмагничивающего поля магнита 2 индуктивные сопротивления обмоток I I — 12, 13 — 14, 5 — !6; ! 7 — 18, 9 — 20, 21 — 22, 23 — 24, 25 — 26 в плечах мостовых схем одинаковы. Перемещение внутри трубы l, а следовательно, и внутри восьми тороидальных сердечников

3 — 9 и !О постоянного магнита 2 вызывает (за счет изменения индуктивных сопротивлений обмоток тороидальных сердечников) разбалансирование мостовых схем н появЛение на их выходных диагоналях двухфазного Мр, и Чр или (трехфазного) выходного напряженйя, которое в функции линейного перемещения на длине постоянного магнита 2 изменяется по амплитуде и фазе по закону, близкому к синусоидальному. Вы- бором оптимальной длины постоянного магнита 2 достигается максимальное приближение к синусоидальному закону изменения фазных. выходных напряжений в функции линейного перемещения магнита. Полученные с мостовых схем фазные выходные напряжения поступают на обмотки 3! и 32 синхронизации ротора сельсина-приемника

33, являющегося основным (точным) указателем перемещений, с помощью которого

877318 линейное перемещение магнита 2 преобразуется в поворот ротора сельснна-приемника

33. При этом один оборот ротора сельсинаприемника 33 соответствует перемещению постоянного магнита 2, например, из положения 1 — 1И в положение Ч вЂ” Vll или из положения II — IЧ в положение Vl — Vill и т.п. Число оборотов ротора сельсина-приемника 33.указателя перемещений устройства соответствует (без учета краевого эффекта крайних торондальных сердечников) числу периодов P фазных напряжений, ко- торое укладывается на контролируемой длине 1 перемещения объекта.

Для исключения погрешности измерения перемещения контролируемого объекта при. кратковременном пропадании напряжения Ч питания с помощью вспомогательных обмоток 27 — 30, размещенных íà (mn+ I) сердечниках, герконов 38 — 41, расположенных на трубе l.устройства вблизи вспомогательных обмоток, и выпрямнтельного моста 42 формируется напряжение Ч, с помощью которого определяется, в каком из р-ых периодов контролируемой длины L перемещений находится объект, так как Vg — — Voce.n+

Ч,„„+ V „ ÷ „фо вспомогательные обмоткй 27 — 30, индуктивно связанные с основными обмотками ll, 15, 19 и 23, размещенными на нечетных (mn+ 1) сердечни- ках, трансформируется вторичное напряжение. При вхождении постоянного магнита 2 в зону расположения очередного нечетного сердечника герконы 38--41, находящиеся вблизи этих сердечников, под действием магнитного потока постоянного магнита 2 поочередно замыкаются, вследствие чего на выходной диагонали выпрямительного моста формируется ступенчатой формы напряжение Vai, которое через делитель 43 напряжения подается на аналоговый указатель 44 перемещений, являющийся вспомогательным (грубым) указателем перемещений. Например, при прохождении постоянного магнита 2 через положение 1 — 111 замыкаются контакты герконов 38, 39. При этом напряжение на входе.выпрямительного моста равно О. При перемещении постоянного магнита 2 из положения 1 — lll в положение II — IЧ, что соответствует выходу постоянного магнита 2 из зоны сердечника 3, контакты геркона 39 по-прежнему будут замкнутыми, а контакты геркона 38 разомкнутся. В этом случае напряжение М т на. выходе выпрямительного моста 42 скачко-. образно изменится до величины, равной напряжению Ч„„„благодаря появлению напряжения на обмотке 27 и т.п.

Резисторы 34 — 37 введены в цепь кон- тактов герконов для исключения короткого замыкания обмоток 27 — 30. При линейном перемещении постоянного магнита 2 в противоположном направлении (например из положения IV — VI в положение Нl — Ч и т.п.), вследствие эффекта гистерезиса, точки срабатывания и отпускания контактов герконов будут несколько отличаться друг от друга, как это условно показано íà графике Vq> mf(L) пунктирными линиями.

Таким образом, с помощью вспомогательного аналогового указателя 44 перемещения обеспечивается ступенчатая (грубая) и ндикация фактического местоположения объекта в случае кратковременного пропадания и последующего восстановления напряжения Ч в сети питания устройства, что повышает точность измерения.

При подключении к фазам устройства

RC-цепочкй вместо индикаторного сельсинаприемника ЗЗ устройство может быть использовано в качестве преобразователя перемещение-фаза, перемещение-амплитуда,. . что позволяет осуществить его связь с ЭВМ.

Формула изобретения

Устройство для дистанционного измере-.: ния линейных перемещений по авт. св. № 135788, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство снабжено вспомогательными последова3р тельно соединенными обмотками, размещенными на (оп+1) тороидальных сердечниках, где m — число фаз на выходе устройства, и = 0,1,2 3... — целые числа натурального ряда, герконами, размещенными в.зоне действия этих обмоток на поверхности

35 трубы, и последовательно соединенными аналоговым указателем перемещений, делителем напряжения и выпрямительным мостом, к входной диагонали которого подключены последовательно соединенные вспомогательные обмотки, одни контакты герконов сое40 динены между собой и подключены к одному из выводов цепи последовательно соединенных вспомогательных обмоток, а другие контакты герконов подключены через резисторы к точкам соединения вспомогательных обмоток данной цепи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 135788, кл. G 08 С 19/06, 1959 (прототип).

877318

11"

Составитель С. Скрыпник

Редактор.Ч. Горбунова Техред А. Бойкас Корректор С. Шомак

Заказ 9596/62 Тираж 545 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытиЯ

l $3035, Йвсква. Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород; ул. Проектная, 4