SU1513421A1 - Задатчик микроперемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области контрольно-измерительной техники и может использоватьс  в качестве управл емого отсчетного механизма микроперемещений при аттестации и проверке средств измерений, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных перемещений в системах автоматического управлени . Цель изобретени  - повышение точности, разрешающей способности и расширение статистического и динамического диапазонов перемещений задатчика микроперемещений. Задатчик состоит из корпуса 1, пьезопакета 2, направл ющего штока 3, двух обкладок посто нного конденсатора 4, обкладки переменного конденсатора 5, изол торов 6, переходного элемента (гайки 7, шайбы 8) и крышки 9 корпуса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может использоватьс  в качестве управл емого отсчетного механизма микроперемещений при аттестации и поверке средств измерений, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных перемещений в системах автоматического управлени .

Цель изобретени  - повышение точности , разрешающей способности и расширение статического и динамического диапазонов перемещений задатчика микроперемещений

На фиг. 1 показана конструкци  электромеханического исполнительного устройства; на фиг. 2 - функциональна  схема блока управлени  с усилителем напр жени .

Задатчик микропер емещений содержит электромеханическое исполнительное устройство, которое состоит из корпуса 1, пьезопакета 2, направл ющего штока 3, двух обкладок посто нного конденсатора 4, обкладки переменного конденсатора 5, изол торов 6, переходного элемента (гайки 7, шайбы 8) и крышки 9 корпуса.

Так как транзистор 17 включен по схеме эмиттерного повторител , ток в цепи 18, 20, 23, 17 и R эугг опре- дел ета  отношением где Ugy- J- напр жение на эмиттере

Верхн   торцова  поверхность пьезо- д транзистора 17. При этом балластный

22 и 23 управлени , и однопол рного источника 24 питани . Пьезопакет 2 подключен между точками соединени  регулирующего транзистора и балластного резистора. Задатчик блока управлени  (не показан) содержит также индикатор 25.

Задатчик микроперемещений работает следующим образом

При подаче н-а первый вход электрического управл ющего сигнала положительной пол рности на выходе инвертирующего усилител  14 по вл етс  напр жение отрицательной пол рности, в результате чего регулирующий транзистор 16 закрываетс , а электронный ключ 21 размыкаетс . При этом на выходе неинвертирующего усилител  15 присутствует напр жение положительной пол рности, которое включа- . ет электронный ключ 20 посредством схемы управлени  с гальванической разв зкой на оптоэлектронной паре.

Так как транзистор 17 включен по схеме эмиттерного повторител , ток в цепи 18, 20, 23, 17 и R эугг опре- дел ета  отношением где Ugy- J- напр жение на эмиттере

транзистора 17. При этом балластный

пакета неподвижно соединена с внутренней поверхностью фланца корпуса, нижн   торцова  поверхность пьезопакета через переходной элемент неподвижно соединена с- торцовой поверхностью направл ющего штока. К верхней фланцевой поверхности корпуса,  вл ющейс  базовой поверхностью дл  отсчета перемещений направл ющего штока, прикреплены две обкладки посто нного конденсатора. К нижней фланцевой поверхности направл ющего штока прикреплена треть  обкладка конденсатора , образующа  с двум  другими обкладками переменньш конденсатор. Верхн   фланцева  поверхность направл ющего штока  вл етс  отсчетной. Переходньш элемент представл ет собой гайку 7 с жесткими лепестками, имеюцц ми паз и выступ, и шайбу В.

Блок управлени  состоит из генератора 10 высокой частоты, преобразовател  11 напр жени , согласующего усилител  12, усилител  13 напр же- . ни , состо щего из инвертирующего 14

и неинвертирующего 15 усилителей, . регулирующих транзисторов 16 и 17, балластньгх резисторов 18 и 19, элек- тронньк ключей 20 и 21 со схемами

5

0

5

0

5

резистор 18 предназначен дл  снижени  рассеиваемой мощности на регулирующем транзисторе. Протекающий ток зар жает емкость пьезопакета 2, вы- зывай нарастание напр жени  на пьезо- пакете, и, как следствие этого, изменение его размера. При изменении размера пьезопакета происходит перемещение выступов лепестков гайки 7, вызывающее упругий изгиб концов жестких лепестков относительно паза лепестков . Перемещение концов лепестков , усиленное по отношению к удлинению пьезопакета, вызывает перемещение шайбы 8 и св занного с ней перемещени  направл ющего штока 3 (при увеличении размера пьезопакета- вниз, а при уменьшении размера - вверх). Вместе со щтоком перемещаютс  обкладки переменного конденсатора 5.

На преобразователе 11 напр жени  происходит сравнение емкостей посто нного и переменного конденсаторов и формируетс  выходной электрический сигнал, пропорционапьньй перемещению штока. При этом посто нный конденса- тор 4 компенсирует вли ние нестабильности внешних факторов (темпера-,

тура, частота генератора и т.п.). Выходной электрический сигнал через согласующий усилитель 12 сравниваетс  на входе усилител  напр жени  с управл ющим сигналом. По мере рассогласовани  между задающим сигналом и выходным сигналом с согласующего усилител  -12 происходит пропорциональное уменьшение тока, зар да пье- зопакета. В момент равенства нулю сигнала рассогласовани  ток зар да становитс  равным нулю и ключ 20 размыкаетс . В этом случае обеспечиваетс  высока  линейность преобразова- з конденсатора, торцова  поверхность

ни  управл ющего сигнала в перемещение отсчетной поверхности фланца с разрешающей способностью до тыс чный долей микрометра во всем диапазоне перемещений. Плавное изменение то- 20 чены к входу преобразовател  напр ка зар да обеспечивает отсутствие импульсной подзар дки пьезопакета с предельным значением тока зар да по сравнению с ключевой схемой усилител  напр жени  известного устройства. Это позвол ет увеличить напр жение, подаваемое на: пьезопакет, что обеспечивает расширение динамического диапазона практически в два раза. При подаче на первый вход управл ющего сигнала отрицательной пол рности работает втора  половина схемы усилител  напр жени  аналогичным образом, а перемещени  фланца направл ющего штока происход т в противоположном направлении .

Индикатор 25 показывает величину перемещени  на выходе задатчика и служит цел м визуального контрол .перемещений .

Формула- изобретени 

1 . Задатчик микроперемещений, содержащий электромеханическое исполни- тельное устройство, состо щее из корпуса , пьезопакета и направл ющего штока, и блок управлени , включающий задатчик, преобразователь напр жени  подключенный выходом к входу согласую- щег р усилител , усилитель напр жени  и генератор высокой частоты, о т л и- чающийс  тем, что, с целью повышени  точности, электромеханическое устройство содержит конденсатор с трем  обкладками, две из которых жестко соединены с корпусом, а треть  с направл ющим штоком, корпус выполнен в виде втулки с фланцем, на на

ружной поверхности фланца корпуса,  вл ющейс  базой дл  отсчета перемещений , через изол торы установлены две обкладки конденсатора, внутренн   поверхность фланца корпуса соединена неподвижно с первой торцовой поверхностью полого пьезопакета, надетого на втулку корпуса, направл ющий шток выполнен в виде вала с фланцем , наружна  поверхность фланца штока  вл етс  отсчетной, а на внутренней поверхности фланца штока через изол тор установлена треть  обкладка

направл ющего штока жестко соединена через переходной элемент с второй торцовой поверхностью пьезопакета, при - чем две обкладки конденсатора подклю5

0

5

0

0

5

жени , а треть  - к выходу генератора высокой частоты, вход усилител  напр жени  соединен с выходом согла- сующегос  усилител  и с выходом задатчика блока управлени .

2.Задатчик микроперемещекий по П.1, отличающийс  тем, что, с целью расширени  статического диапазона перемещений, переходной элемент электромеханического устройства выполнен в виде гайки с жесткими лепестками, имеющими паз и выступ,

и шайбы, гайка закреплена на втулке корпуса с обеспечением контакта выступа лепестков с пьезопакетом, концы лепестков жестко св заны через шайбу с торцовой поверхностью направл ющего штока, причем паз лепестков, обеспечивающий упругий изгиб конца лепестка относительно гайки, смещен относительно выступа лепестка к оси гайки.

3.Задатчик микроперемещений по П.1, отличающийс  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности и расширени  динамичес- кого диапазона перемещений, усилитель напр жени  содержит инвертирующий и неинвертирующий усилители, входы которых соединены между собой и подключены к входу усилител  напр жени  , две пары цепей регулировани  напр жени  питани  пьезопакета, состо щих из последовательно соединенных регулирующего транзистора, балластного резистора и электронного ключа со схемой управлени  и подключенных к однопол рному источнику питани , прича  пьезопакет включен между точками соединени  регулирующего транзистора и балластного резистора, вход

:регулирующего транзистора первой цепи объединен с входом схемы управле;ПИЯ электронным ключом второй цепи

Составитель Л.Цаллагова Редактор Н,Тупица Техред и.Верес Корректор О.Ципле

Заказ 6078/47

Тираж 788

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

и подключен к выходу инвертирующего усилител , вход регулирующего транзистора второй цепи объединен с входом схемы управлени  электронным ключом первой цепи и подключен к выходу неинвертирующего усилител .

Фиг.г

Подписное

Claims (3)

1. Формула· изобретения

   1 . Задатчик микроперемещений, содержащий электромеханическое исполнительное устройство, состоящее из корпуса, пьезопакета и направляющего штока, и блок управления, включающий задатчик, преобразователь напряжения, подключенный выходом к входу согласую- $θ щег'о усилителя, усилитель напряжения и генератор высокой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, электромеханическое устройство содержит конденсатор с тремя обкладками, две из которых жестко соединены с корпусом, а третья с направляющим штоком, корпус выполнен в виде втулки с фланцем, на на ружной поверхности фланца корпуса, являющейся базой для отсчета перемещений, через изоляторы установлены две обкладки конденсатора, внутренняя поверхность фланца корпуса соединена неподвижно с первой торцовой поверхностью полого пьезопакета, надетого на втулку корпуса, направляющий шток выполнен в виде вала с фланцем, наружная поверхность фланца штока является отсчетной, а на внутренней поверхности фланца штока через изолятор установлена третья обкладка конденсатора, торцовая поверхность направляющего штока жестко соединена через переходной элемент с второй торцовой поверхностью пьезопакета, при^я— чем две обкладки конденсатора подключены к входу преобразователя напряжения, а третья - к выходу генератора высокой частоты, вход усилителя напряжения соединен с выходом согла'сующегося усилителя и с выходом задатчика блока управления. *
2. 2. Задатчик микроперемещепий по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения статического диапазона перемещений, переходной элемент электромеханического устройства выполнен в виде гайки с жесткими лепестками, имеющими паз и выступ, и шайбы, гайка закрепле-на на втулке корпуса с обеспечением контакта выступа лепестков с пьезопакетом, концы лепестков жестко связаны через шайбу с торцовой поверхностью направляющего штока, причем паз лепестков, обеспечивающий упругий изгиб конца лепестка относительно гайки, смещен относительно выступа лепестка к оси гайки.
3. 3. Задатчик микроперемещений по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и расширения динамического диапазона перемещений, усилитель напряжения содержит инвертирующий и неинвертирующий усилители, входы которых соединены между собой и подключены к входу усилителя напряжения’, две пары цепей регулирования напряжения питания пьезопакета, состоящих ' из последовательно соединенных регулирующего транзистора, балластного резистора и электронного ключа со схемой управления и подключенных к однополярному источнику питания, при- чем пьезопакет включен между точками соединения регулирующего транзистора и балластного резистора, вход регулирующего транзистора первой цепи объединен с' входом схемы управления электронным ключом второй цепи и подключен к выходу, инвертирующего усилителя, вход регулирующего транзистора второй цепи объединен с входом схемы управления электронным ключом первой цепи и подключен к выходу неинвертирующего усилителя.