Устройство для измерения линейных перемещений

Устройство для измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

M.À.ÆäàíîBñêèõ, О.И.Садков и Г.А.Садкова (72) А вторы изобретения (7I ) Заявитель

Уфимский авиационный институт им. Орджоники (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности для преобразования линейных перемещений в электрический сигнал переменной час5 тоты, используемый, например, в системах регулирования скорости вращения электроприводов переменного тока в функции положения подвижного регулирующего элемента. о

Известны автогенераторные преобразователи перемещений, содержащие индуктивный датчик перемещений и автогенератор, в колебательный контур которого включена обмотка индуктивности датчика 1).

Недостатками преобразователей являются ограниченная выходная мощность и относительно узкий частотный диапазон работы, обусловленный наличием 20 ферромагнитных деталей датчика в частотно-задающей цепи автогенератора.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее индуктивный датчик перемещений и подключенный к источнику постоянного тока преобразователь частоты, выполненный в виде мостового инвертора на тиристорах. Частотно-задающий контур преобразователя частоты состоит из конденсатора, катушки с постоянной индуктивностью и регуяируемой с помощью датчика дополнительной катушкой индуктивности Р 2 1.

Поскольку регулируемой частью индуктивности указанного контура является сама размещенная на магнитопроводе обмотка индуктивного датчика, индуктивность которой изменяется в функции положения подвижного относительно магнитопровода ферромагнитного элемента - якоря дат" чика, то наличие указанных ферромаг". нитных элементов в частотно». зада94932 ющем контуре преобразователя частоты обуславливает возникновение эффекта вытеснения магнитного потока в магнитопроводе датчика при работе преобразователя в диапазоне повышенных частот. В результате этого возрастают потери и нагрев магнитопровода и происходит его насыщение, вслед" ствие чего изменение индуктивности датчика в функции перемещения ста- щ новится нелинейным.

Таким образом, уменьшается чувствительность и вследствие этого - ухудшается линейность в области верх" него диапазона выходной характеристи- 1 ки устройства для измерения линейных перемещений.

Целью изобретения является повышеwe чувствительности устройства для измерения линейных перемещений.

zo

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения линей ных перемещений, содержащем датчик перемещений и подключенный к источ" нику постоянного тока преобразователь частоты с частотно-задающимс контуром, состоящим из конденсатора и регулируемой с помощью датчика катушки индуктивности, датчик перемещений выполнен состоящим из-Ш-об разного магнитопровода с размещенным в его основании источником магнитодвижущей силы, герконов с поперечным управляющим магнитным полем, установленных в ряд вдоль внутренних

35 поверхностей крайних стержней магнито провода со смещением герконов одного ряда относительно герконов второго ряда на половину диаметра их баллонов, герсиконов, силовые контакты о которых подключены между началом катушки индуктивности и ее соответствую" щим токоотводом, а управляющие об" мотки которых подключены к источнику постоянного тока через контакты

45 герконов, и ферромагнитного элемента, установленного с возможностью перемещения относительно среднего стержня магнитопровода и имеющего ширину и не менее, чем диаметр баллона геркона.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.для измерения линейных перемещений.

Это устройство содержит преобразователь 1 частоты, выполненный. по схеме резонансного тиристорного инвертора. Он содержит дроссель 2, силовой тиристор 3, обратно включен9 4 ный ему диод 4 и частотно-задающий контур, состоящий из коммутирующего конденсатора 5 постоянной емкости и регулируемой с помощью датчика 6 перемещений катушки 7 индуктивности.

Датчик 6 перемещений содержит Ш-о6разный магнитопровод 8 с размещенным

a его основании источником 9 магнитодвижущей силы - постоянным магнитом или двухсекционной обмоткой воз= буждения, подключенной к тому же

\ источнику 10 постоянного тока, что и преобразователь 1 частоты. Вдоль внутренних поверхностей крайних стержней магнитопровода 8 датчика размещены в ряд герконы 11 с поперечным управляющим полем. Герконы одного ряда смещены относительно герконов второго ряда на половину диаметра их баллонов 12. Контакты 13 герконов 11 включены в цепь питания обмоток 14 управления герсиконов 15 (силовых герконов), силовые контакты которых подключены между началом и соответствующим токоотводом катушки 7 индуктивности преобразователя 1 частоты.

Ферромагнитный элемент 16 герконового датчика 6 перемещений, установленный с возможностью перемещения относительно среднего стержня магнитопровода 8, имеет ширину не менее, чем диаметр баллона геркона, и связывается в процессе измерений, например, тягой 17 с контролируемым объектом. Тиристорный преобразователь 1 частоты содержит также трансформатор 18 тока, первичная обмотка которого включена в цепь обратно включенного диода 4, а вторичная подключена ко входу операционного усилителя 19. К выходу этого усилителя подключены последовательно соединенные ждущий релаксационный генератор - мультивибратор 20 и формирователь 21 импульсов, образующие контур обратной связи инвертора, подключенный к управляющему электроду 22 силового тиристора 3. Имеется также пусковой блок

23, предназначенный для начального запуска преобразователя 1 частоты.

Нагрузкой преобразователя 1 частоты может быть какой-либо исполнительный элемент, например высокооборотный двухфазный двигатель переменного тока, скорость вращения которого пропорциональна частоте питающего его напряжения. При трехфазном исполнении преобразователя 1 часто949329 воздействием магнитного потока датчика 6 перемещений находится только одна пара контактов 13 герконов 11, обеспечивая их надежное замыкание или замыкание (за счет разброса магнитных параметров герконов) двух соседних герконов. Контакты 13 очередного включаемого.геркона 11 замыкаясь, подключают кисточнику 10 обмотку 14 управления соответствующего герсинона

Герсиконы 15 при своем поочередном замыкании шунтируют различное число витков обмотки, изменяя ее индуктивность, а следовательно, и выходную частоту преобразователя 1 частоты. Благодаря тому, что баллоны верх-. него и нижнего рядов герконов 11 сдвинуты один относительно другого на половину их диаметра, повышается дискретность преобразования перемещений и чувствительность устройства, которая может быть опр >елена как отношение приращения частоты ЬГ на вы- ходе преобразователя 1 частоты к изменению ьх координаты положения подвижного элемента 16 датчика. При этом, вследствие отсутствия потерь в стали в частотно-задающем контуре преобразователя 1 частоты, его частотный диапазон может быть существенно расширен, составляя 10-8000 Гц (ограничение сверху обусловлено частотными свойствами тиристоров). При этом чувствительность 5 к перемещению в диапазоне 0,3 м может составить ц — =26000 Гц/м.

Вооо-40

Ф

Таким образом, частотный магнитогер коновотиристорный преобразователь перемещений обладает высокой чувствительностью и позволяет преобразовать механические перемещения в электрический сигнал большой мощности (без дополнительных промежуточных усилителей ) с частотой, регулируемой в широком диапазоне. го зо

Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее датчик перемещений и подключенный к источнику постоянного тока преобразователь частоты с частотно-задающим контуром, состоящим из конденсатора и регулируемой с помощью датчика катушки индуктивности, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик перемещений выполты в качестве исполнительного элемента может быть использован трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Выходная частота преобразователя может измеряться, 5 например, подключенным паралЛельно к исполнительному элементу 24 частотомером 25.

Устройство для измерения линейных перемещений работает следующим об- i0 разом.

При подключении источника 10 постоянного тока к устройству и подаче пускового импульса с выхода блока

23 на управляющий электрод 22 тиристора 3 преобразователя 1 частоты, последний возбуждается, и в нем начи. нается колебательный процесс между емкостью конденсатора 5 и индуктивностью катушки 7, не имеющей ферромагнитного сердечника. После .того, как ток через обратный диод 4 во второй половине периода колебаний тиристорного инвертора спадает до нуля и переходит через него, на выходе операционного усилителя 19 тока с помощью трансформатора 18 фор" мируется прямоугольный импульс, который задерживается на расчетную длительность ждущего мультивибратора 20, .а затем подается на управляющий электрод 22 тиристора 3 °

Преобразователь 1 частоты в результате переходит в автогенераторный режим работы, частота колебаний на з5 выходе которого определяется собственной частотой его частотно-задающего. контура и изменяется в зависимости от индуктивности катушки 7. Последняя зависит от положения ферромагнитного элемента 16 датчика 6 перемещений. В этом датчике магнитный поток, создаваемый источником 9 магнитодвижущей силы, замыкается по крайним стержням, воздушному промежут-.4 ку между ними и подвижным ферромагнитным элементом 16, самому элементу

16 и среднему стержню магнитопровода Формула изобретения

8, обеспечивая замыкание того геркона 11, против которого размещен

0 подвижный элемент 16.

При пеоемещении ферромагнитного элемента 16 замыкаются по" очередно контакты верхних и нижних герконов 11. Благодаря тому, что ширина подвижного ферромагнит ного элемента 16 выбирается равной или большей диаметра баллона герконов 11, в каждый момент времени под

949329

ВНИИПИ Заказ 5726/23 Тираж 614 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нен состоящим из Ш-образного магнитопровода с размещенным в его основании источником магнитодвижущей силы

1 герконов а поперечным управляющим магнитным полем, установленных в ряд вдоль внутренних поверхностей крайних . стержней магнитопровода со смещением герконов одного ряда относительно герконов второго ряда на половину диаметра их баллонов, герсиконов, силовые контакты которых подключены между началом катушки индуктивности и ее соответствующим токоотводом, а управляющие обмотки которых подключены к источнику постоянного тока через контакты герконов, и ферромагнитного элемента, установленного с возможностью перемещения относительно среднего стержня магнитопровода и имеющего ширину не менее, чем диаметр баллона геркона.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин.

М.-Л., "Энергия", 1966, с. 36, рис. 25-12.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2134522/18-28, кл. G 0 1 В 7/00, 1973.(прототип).