RU1784837C - Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и имеет целью повышение точности преобразовани  угловых перемещений в услови х больших колебаний температуры окружающей среды за счет одновременной компенсации аддитивной и мультипликативной составл ющих температурной погрешности. Двухкоорди- натный преобразователь угловых перемещений содержит -электропроводный экран 3, который выполнен в виде двух пластин 4 -а и 6 толщиной соответственно di и 6г и рассто нием h между ними, удовлетвор ющим соотношению di + d2 + h 0,5R, где R - радиус одной катушки индуктивности вих- ретокового измерител  рабочих зазоров. Пластина 6 экрана, выполненна  в виде кольца со скошенными участками, жестко скреплена с термочувствительным диэлектрическим кольцом 9, имеющим толщину I и коэффициент линейного расширени  а . Рассто ние между пластинами экрана устанавливаетс  с помощью шайбы 8 не меньшим , чем I Т, где Д Т - максимально допустимое изменение температуры , Под действием температуры измен ют толщины пластин 4, 6 и рассто ние 7 между ними, что компенсирует возникшее изменение электропроводности этих пластин , вследствие чего изменение температуры не оказывает вли ни  на выходные напр жени  дифференциально соединенных пар катушек 13-14 и 15-16 индуктивности преобразовател . 3 ил. + XI 00 ь. 00 со XI

Description

9 i 10 Фиг. Г

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и автоматике и может быть использовано в системах управлени  перемещением подвижных объектов, таких как машин, тракторов, судов, летательных аппаратов.

Известен двухкоординатный преобразователь угловых перемещений, содержащий диэлектрический корпус, звено св зи с управл ющим объектом, выполненным в виде цилиндрического стержн , закреплённого консольно в основании корпуса, подвижный электропровод щий неферромагнитный брус, с поперечным сечением в виде квадрата, имеющий центральное отверстие, диаметром больше диаметра стержн , и вихретоковый измеритель перемещений бруса, включающий в себ  блок электроники и четыре идентичные катушки индуктивности, диаметром, не превышающим половины стороны поперечного сечени  бруса, установленные в диэлектрическом корпусе, оси которых расположены в одной плоскости, плоскости которых параллельны гран м бруса под углом 90° друг к другу симметрично относительно оси стержн , катушки индуктивности, установленные под углом 180° соединены дифференциально между собой и с соответствующим входом блока электроники.

Недостатком преобразовател   вл етс  отсутствие компенсации мультипликативной составл ющей температурной погрешности, что ограничивает температурный диапазон использовани  преобразовател .

Действительно, при изменении температуры измен етс  электропроводность электропровод щего подвижного элемента - бруса. За счет дифференциального включени  катушек индуктивностей при исходном положении бруса устран етс  аддитивна  составл юща  температурной погрешности, если между противоположными гран ми бруса нет градиента температуры . Однако при отклонении бруса от исходного ме  ютс  рассто ни  между катушками индуктивности и гран ми бруса и при изменении электропроводности бруса, что адекватно изменению рассто ни , по вл етс  мультипликативна  температурна  погрешность (погрешность чувствительности преобразовател ). Эта составл юща  имеет максимальную величину при наибольших отклонени х стержн  с брусом.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  двухкоординатный преобразователь угловых перемещений, содержащий диэлектрический корпус, закрепленный консольно в его

основании упругий стержень св зи преобразовател  с управл ющим объектом, подпружинивающего его цилиндрическую пружину, ось которой совпадает с осью

стержн , взаимодействующий со стержнем электропроводный неферромагнитный экран , размещенный соосно со стержнем и состо щий из двух пластин, которые имеют форму плоских колец с одинаковыми внеш0 ними диаметрами, скошенных по внешним образующим в четырех взаимно-перпендикул рных плоскост х, плоские кольца экрана расположены в параллельных плоскост х с воздушным зазором между ними и уста5 н овлены перпендикул рно оси упругого стержн  св зи и чувствительный к перемещени м экрана вихретоковый измеритель зазоров, включающий в себ  блок электроники и четыре идентичные катушки индук0 тивности,установленныев

диэлектрическом корпусе в общей плоскости , параллельно плоским кольцам экрана и под 90й одна к другой симметрично относительно оси упругого стержн , катушки ин5 дуктивности, размещенные одна против другой, соединены попарно дифференциально и подключены к соответствующему входу блока электроники.

Этот преобразователь имеет тот же не0 достаток, что и предыдуща  конструкци . За счет дифференциального включени  катушек индуктивности компенсируетс  аддитивна  составл юща  температурной погрешности (температурна  погрешность

5 нул ), но не компенсируетс  мультипликативна  составл юща  температурной погрешности (температурна  погрешность чувствительности), Чем больше температурный диапазон использовани  преобразова0 тел , тем больше мультипликативна  составл юща  температурной погрешности , котора  может превысить допустимую Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани  за счетумень5 шени  аддитивной и мультипликативной составл ющих температурной погрешности .

Это достигаетс  тем, что двухкоординатный преобразователь угловых переме0 щений, содержащий диэлектрический корпус, закрепленный консольно в его основании упругий стержень св зи преобразовател  с управл ющим объектом, подпружинивающую его цилиндрическую

5 пружину, ось которой совпадает с осью стержн , взаимодействующий со стержнем электропроводный неферромагнитный экран , размещенный соосно со стержнем и состо щий из двух пластин которые имеют форму плоских колец с одинаковыми внешними диаметрами, скошенных по внешним образующим в четырех взаимно-перпендикул рных плоскост х, плоские кольца экрана расположены в параллельных плоскост х с воздушным зазором между ними и установлены перпендикул рно оси упругого стержн  св зи и чувствительный к перемещени м экрана вихретоковый измеритель зазоров, включающий в себ  блок электроники и четыре идентичные катушки индуктивности, установленные в диэлектрическом корпусе в общей плоскости, параллельной плоским кольцам экрана и под углом 90° одна к другой симметрично относительно оси упругого стержн  св зи, катушки индуктивности, размещенные одна напротив другой, соединены попарно дифференциально и подключены к соответствующему входу блока электроники, он снабжен регулировочной шайбой с закрепленным на ней термочувствительным диэлектрическим кольцом, установленной в корпусе между его основанием и одной из кольцевых пластин экрана цилиндрической пружиной, а также четырьм  пластинчатыми пружинами, размещенными в пазах корпуса между его внутренней поверхностью и цилиндрическими участками поверхности этой же пластины экрана, ширина другой кольцевой пластины экрана, котора  приклеена к термочувствительному диэлектрическому кольцу, должна быть не меньше диаметра одной катушки индуктивности, а толщина di одной и толщина da другой кольцевой пластины экрана выбираютс  из услови : di+da+h 0,5R, где R - радиус одной катушки индуктивности; h - рассто ние между обеими пл астинами экрана, величина которого h I а Д Т, где I - толщина термочувствительного диэлектрического кольца, а. - температурный коэффициент линейного расширени  материала кольца, AT - максимально допустимое отклонение температуры кольца.

На фиг.1 показано диаметральное сечение внешнего вида двухкоординатного преобразовател ; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - типова  блок-схема блока электроники.

Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений содержит диэлектрический корпус 1, состо щий из соединенных между собой верхней части и основани , которое может быть выполнено провод щим . Упругий стержень 2 св зи с управл ющим объектом закреплен консольно в основании корпуса 1 и подпружинен с помощью цилиндрической пружины. Электропровод щий неферромагнитный экран 3 состоит из пластины 4 толщиной ch. которл« выполнена в виде кольца со скошенными участками 5 на его внешней образующей в четырех взаимно-перпендикул рных плоскост х и другой пластины б. выполненной толщиной da в виде кольца со скошенными участками, идентичными по размерам и ориентации скошенным участкам 5 пластины Л.

Эта пластина 6 экрана 3 отделена от тасти- ны А рассто нием 7 величиной h, Регулировочна  шайба 8 установлена на резьбе на экране 3.

К боковой поверхности регулировочной

шайбы 8 приклеено термочувствительное кольцо 9 толщиной I и с коэффициентом линейного расширени  а , причем I а Д . где AT - максимально допустимое отклонение температуры кольца 9 от номинального значени , на которое приклеена пластина б. Цилиндрическа  пружина 10 установлена между основанием корпуса 1 и экраном 3. Четыре пластинчатые пружины 11 установлены в пазах 12 корпуса 1 между корпусом 1 и торцем пластины 4 экрана 3.

Две пары дифференциально включенных идентичных катушек индуктивности соответственно 13, 14 и 15, 16 радиуса R установлены в диэлектрическом корпусе 1 над пластиной 4 таким образом, что рассто ние между ос ми дифференциально соеди- ненных катушек 13, 14 и 15, 16

индуктивности равны рассто нию между скосами 5 экрана 3. Размеры 3 выбираютс  с учетом радиуса R одной из катушек 13, 14, 15, 16 индуктивности: di+d2+h 0.5R (1). Выводы каждой пары катушек 13.14 и 15, 16

индуктивности соединены с соответствующими входами блока 17 электроники.

Дл  обеспечени  коррекции чувствительности преобразовател  из-за вли ни  температуры окружающей среды во всем

диапазоне возможных перемещений экрана 3 под действием стержн  2 ширина пластины 6 выбрана не меньше диаметра катушек 12,13,14,15, индуктивности, т.е. не меньше возможного диапазона перемещени  экрана 3, привод щего к изменению выходного сигнала с блока 17 электроники. Экран 3 имеет центральное осевое отверстие 18, обеспечивающее нечувствительность преобразовател  к

перемещени м стержн  2 относительно исходного , исключающее по вление ложных сигналов на выходе блока 17 электроники. Блок 17 электроники (фиг.З) собран по типовой схеме вихретоковых измерителей, выпускаемых серийно, например, ТПН и состоит из последовательно соединенных генератора 19 импульсов, формировател  20 импульсов и двух усилителей 21, 22 мощности, каждый из которых подключен к выводам соответствующих пар катушек 13, 14, 15, 16 индуктивности, средние выводы которых подключены ко входам соответствующих усилителей 23, 24, выходы которых соединены с сигнальными входами соответствующих синхронных детекторов 25,26, опорные входы которых соединены с выходом формировател  20 импульсов. Выходы синхронных детекторов 25, 26  вл ютс  выходами блока 17 электроники вихретокового измерител ,

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состо нии стержень 2 св зан с управл ющим объектом и за счет своей жесткости занимает положение, перпендикул рное экрану 3. Экран 3 за счет пружин 10, 11 занимает положение, при котором отсутствуют воздушные зазоры между пластиной 4 экрана 3 и катушками 13, 14, 15, 16 индуктивности (минимальные рассто ни  от экрана до катушек) и закрывает равные площади поверхности катушек 13, 14, 15, 16 индуктивности. При питании катушек

13,14, 15, 16 индуктивности напр жением переменного тока, которое поступает от блока 17 электроники (от последовательно соединенных генератора 19 импульсов, формировател  20 импульсов и соответствующих усилителей 21, 22 мощности) и имеет частоту, обеспечивающую проникновение электромагнитного пол  через весь экран 3, в пластинах 4 и 6 экрана 3 навод тс  вихревые токи. Выбираем радиусы R катушек 13,

14,15, 16 индуктивности в соответствии с математическим выражением (1), создаетс  условие, обеспечивающее высокую чувствительность пол  вихревых токов к изменением толщины экрана 3. Магнитные пол  вихревых токов, воздейству  на катушки 13, 14, 15, 16 индуктивности, привод т к по влению на них одинаковых сигналов. Таким образом, со средних точек пар катушек 13- 14 и 15-16 индуктивности будет сниматьс  нулевой сигнал. Величина h рассто ни  между пластинами 4 и 6 экрана выбираетс  экспериментально в процессе калибровки преобразовател  с помощью регулировочной шайбы 8, установленной на экране 3. При этом исходное значение h зависит от используемого материала термочувствительности кольца 9, например, полиэтилена , его толщины и возможного диапазона максимально допустимого изменени  температуры в процессе эксплуатации и устанавливаетс  не меньше, чем I а А Т.

Зазор между экраном 3 и стержнем 2 обеспечивает нечувствительность преобразовател  к небольшим угловым перемещени м стержн  2 относительно исходного положени , исключает по вление ложных сигналов, При отклонении стержн  2 на угол, превышающий угол нечувствительно0 сти преобразовател , стержень 2 начинает перемещать экран 3 в плоскости, параллельной плоскости катушек 13, 14, 15, 16 индуктивности, измен   площади их перекрыти , причем у соединенных между собой

5 катушек 13,14 или 15, 16 сигналы мен ютс  в противоположных направлени х, таким образом на входе блока 17 электроники по вл ютс  сигналы, отличные от нул . Эти сигналы, отличные от нул . Эти сигналы пре0 образуютс  с помощью усилителей 23, 24 и синхронных детекторов 25, 26.

На выходе блока 17 электроники изменение сигналов происходит до момента смещени  экрана 3 от исходного на рассто ние,

5 равное радиусу катушек 13, 14, 15, 16 индуктивности . В таком положении экрана 3 площадь поверхности одной из соединенных между собой катушек 13, 14 или 15, 16 индуктивности будет полностью перекрыта эк0 раном 3, а поверхность другой катушки индуктивности этой же пары будет полностью открыта.

При перемещении экрана 3 только по одной из координат (направлений катушек

5 13, 14 или 15, 16 индуктивности) во всем возможном диапазоне его перемещени  сигналы на катушках индуктивности другой координаты не измен ютс , т.к. не измен етс  площадь их перекрыти  экраном 3. Это

0 обеспечиваетс  выполнением на экране 3 скошенных участков 5, одинаково ориентированных на обеих кольцевых пластинах 4 и 6 экрана 3 и выбором их длины, превышающей возможный диапазон перемещений эк5 рана 3. Таким образом, в преобразователе отсутствует вли ние канала на канал формировател  сигналов. При изменении температуры окружающей среды произойдет изменение электропроводности экрана 3.

0 При повышении температуры электропроводность экрана 3 уменьшитс , поскольку он выполнен из провод щего неферромагнитного материала, например, меди.

Конструкци  данного преобразовател 

5 позвол ет обеспечить необходимую точность преобразовани  угловых перемещений по двум координатам в широком заданном диапазоне температур, что расшир ет область использовани  преобразовател .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений, содержащий диэлектрический корпус, закрепленный консольно в его основании упругий стержень св зи преобразовател  с управл ющим объектом, подпружинивающую его цилиндрическую пружину, ось которой совпадает с осью стержн , взаимодействующий со стержнем электропроводный неферромагнитный экран , размещенный соосно со стержнем и состо щий из двух пластин, которые имеют форму плоски колец с одинаковыми внеш- ними диаметрами, скошенных по внешним образующим в четырех взаимно перпендикул рных плоскост х, плоские кольца экрана расположены в параллельных плоскост х с воздушным зазором между ними и установлены перпендикул рно оси упругого стержн  св зи, и чувствительный к перемещени м экрана вихретоковый измеритель зазоров, включающий в себ  блок электроники и четыре идентичные катушки индуктивности, установленные в диэлектрическом корпусе в общей плоскости, параллельной плоским кольцам экрана и под углом 90 одна к другой симметрично относительно оси упругого стержн , катушки индуктивности размещенные одна напротив другой, соединены попарно дифференциально и

   5

   0

   5

   30

   подключены к соответствующему входу блока электроники, отличающийс  тем. что. с целью повышени  точности преобразовани  путем уменьшени  аддитивной и мультипликативной составл ющих температурной погрешности, он снабжен регулировочной шайбой с закрепленным на ней термочувствительным диэлектрическим кольцом, установленной в корпусе между его основанием и одной из кольцевых пластин экрана цилиндрической пружиной, э также четырьм  пластинчатыми пружинами, размещенными в пазах корпуса между его внутренней поверхностью и цилиндрическими участками поверхности этой же пластины экрана, ширина другой кольцевой пластины экрана, котора  приклеена к термочувствительному диэлектрическому кол ь- цу должна быть не меньше диаметра одной катушки индуктивности, а толщина di одной и толщина d2 другой кольцевой пластины экрана выбираютс  из услови  di+d2+h 0.5R, где R - радиус одной катушки индуктивности ah- рассто ние между обеими пластинами экрана, величина которого h I а Д Т. где I - толщина термочувствительного диэлектрического кольца; а- температурный коэффициент линейного расширени  материала кольца; AT - максимально-допустимое отклонение температуры кольца.

   12

   A-S.

   Фиг

   Фиг.з