SU1725068A1 - Трансформаторный датчик перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в датчик, содержащий трансформаторный преобразователь с двум  парами обмоток возбуждени  и измерени , источник переменного напр жени , фазометр, ведены блоки формировани  рабочего и опорного сигналов и два сумматора . Повышение точности достигаетс  за счет уменьшени  температурной погрешности и увеличени  помехоустойчивости за счет исключени  вли ни  изменени  фазовых сдвигов питающего напр жени  и ухода параметров магнитной системы. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при создании датчиковой аппаратуры, например, дл  измерени  перемещений .

Известно устройство, содержащее источник переменного напр жени , преобразователь , масштабирующий контур в виде последовательно включенных фазовращател  и масштабирующего звена, сумматор и фазометр.

Известен дифференциально-трансформаторный датчик перемещений, содержащий ферромагнитный сердечник, ферромагнитный  корь, замыкающую ферромагнитную пластину, две секции первичной обмотки, две секции вторичной обмотки, дополнительную секцию вторичной обмотки, два фазосдвигающих контура и фазометр.

Недостатком известного датчика  вл етс  низка  точность измерени , вызванна 

большой температурной погрешностью, возникающей вследствие изменени  углов сдвига фаз между геометрически суммируемыми рабочими и компенсационными напр жени ми от воздействи  температуры, электромагнитных наводок и других внешних дестабилизирующих факторов.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  перемещений.

На фиг. 1 представлена схема датчика с примером выполнени  блоков формировани  сигналов; на фиг. 2 - векторна  диаграмма сигналов.

Трансформаторный датчик перемещений (фиг. 1) содержит источник 1 переменного напр жени , трансформаторный датчик 2, включающий ферромагнитный сердечник 3, ферромагнитный  корь 4, св зываемый в процессе измерени  с контролируемым объектом, замыкающую ферромагнитную пластину 5, две секции 6 и 7 обмотки возбуждени , соединенные поVI

ГО

сл

О

о

00

следовательно-согласно, две секции 8 и 9, измерительной обмотки, соединенные последовательно-встречно . Датчик содержит также блок 10 формировани  основного Up(x) и дополнительного ир.д.(х) рабочих сигналов , блок 11 формировани  основного Do и дополнительного 11о.д. опорных сигналов, два сумматора 12 и 13, регистрирующий прибор - фазометр 14.

Трансформаторный датчик перемещений работает следующим образом.

При подключении секций 6 и 7 обмотки возбуждени  к источнику 1 переменного напр жени  в секци х 8 и 9 измерительной обмотки чувствительного элемента 2 датчика возбуждаютс  рабочее напр жение Ор(х) и опорное (компенсационное) напр жение и0 соответственно, которые за счет последовательно встречного включени  секций 8, 9 измерительной обмотки сдвинуты по фазе на 180 . Рабочее напр жение 1)р(х)с выхода секции 8 измерительной обмотки поступает на вход блока 10 формировани  основного и дополнительного рабочих сигналов, в котором формируютс  основной ир(х)и допол- нительный Ор.д.(х) синусоидальные сигналы, сдвинутые друг относительно друга по фазе на угол р , величина которого устанавливаетс  фазосдвигающей цепью, вход щей в состав блока 10, таким образом, чтобы угол (180°- V) находилс  в пределах более 90°, но менее 180° (фиг. 2).

Выбором величины угла обеспечиваетс  оптимальна  линейность выходной характеристики датчика.

Опорное напр жение Оо с выхода секции 9 измерительной обмотки поступает на вход блока 11 формировани  основного и дополнительного опорных сигналов, в котором формируетс  основной Оо и дополнительный Оо.д синусоидальные сигналы, сдвинутые друг относительно друга по фазе так же, как и рабочие сигналы Ор(х) и Ор.д(х) на угол . Основной рабочий Ор(х) с выхода Вых.осн. блока 10 и дополнительный опорный Оо.д. сигналы с выхода Вых.доп. блока 11 поступают на первый и второй входы сумматора 12 соответственно.

Основной опорный Оо с выхода Вых.осн. блока 11 и дополнительный рабочий Ор.д.(х) сигналы с выхода Вых.доп, блока 10 поступают нав первый и второй входы сумматора 13 соответственно.

На сумматоре 12 происходит геометрическое сложение основного рабочего Ор(х) и дополнительного опорного Оо.д. сигналов, С выхода сумматора 12 результирующий сигнал Орез.1 поступает на первый вход(Вх.1) фазометра 14.

0

5

На сумматоре 13 происходит геометрическое сложение основного опорного Оо и дополнительного рабочего Ор.д.(х) сигналов. С выхода сумматора 13 результирующий сигнал Орез.2 поступает на второй вход (Вх.2) фазометра 14.

При перемещении контролируемого объекта и св занного с ним  кор  4 в направлении увеличени  зазора X обеспечиваетс  модул ци  напр жени  Ор(х), снимаемого с секции 8 измерительной обмотки , а следовательно, и напр жени  Ор.д.(х), Ор(х), а именно сигналы Ор(х) и Ор.д.(х) на выходе блока 10 возрастают.

Функци  преобразовани  датчика может быть получена из выражений

,-arog Sin(18QP- W У «cos(180°-V +Jg3

ф -nrcta slndaOP-q)

(р - dl Ыуhf-ry

Lсоз(180°-)

0)

,2)

где 9( текущее значение фазы результирующих суммарных сигналов Орез.1, 0Рез.2 соответственно относительно вектора напр жени  питани 

V( угол сдвига фаз между основными Ор(х), Оо и дополнительными Ор.д.(х) и Оо.д.

сигналами соответственно;

Ор(х), Ор.д.(х) - модулированные по амплитуде в функции перемещени  основной и дополнительный рабочие сигналы;

Оо, Оо.д. основной и дополнительный

опорные сигналы.

При изменении модулированных сигналов Ор(х) и Ор.д.(х) на выходах блока 10 в функции перемещени  измен ютс  величина и фаза результирующих сигналов Орез.1 и

Орез. 2 на выходах сумматоров 12 и 13 соответственно , вследствие чего измен етс  разность фаз Д. (от значени  рЈ до значени  ) между результирую щи ми сигналами , котора   вл етс  выходным сигналом данного датчика, регистрируемым фазометром 14.

k,+ z arctg

+ arctg sln (180° -VQ cos(l80°-VO+-W sln(18QP-#)

cos(180°

Цо.д. (3)

С выхода регистрирующего прибора - фазометра 14 снимаетс  зависимость разности фаз между результирующими сигналами от измер емого перемещени  р f(x).

На векторной диаграмме (фиг. 2) индексом 1 обозначены сигналы устройства дл  измерени  перемещений, соответствующие

началу диапазона измерени , без индекса 1 - соответствующие текущему значению измер емого перемещени .

Выбором необходимых фазовых углов (180°-) с помощью фазосдвигающих цепей (вход щих в состав блоков 10 и 11 и представл ющих собой, например, R - С и R - L-цепи) и соотношений сигналов

Ор(х) йрдГх)

. | и - .Iх с помощью перемещени 

Уо.дUD

замыкающей ферромагнитной пластины 5 (выполн ющей функцию масштабировани  сигналов Оо и Оо.д.) обеспечиваетс  оптимальна  линейность выходной характеристики датчика.

Из выражени  (3) видно, что точность измерени  при воздействии на датчик температуры определ етс  температурной стабильностью фазовых угловой отношением

Ор(х) 0|.д(х) сигналов i.p , -рт

Уменьшение температурной погрешности достигаетс  следующим образом.

При изменении от воздействи  температуры фазового угла гр между сигналами Ор(х) и Ор.д.(х) в сторону уменьшени  его величины, например, за счет температурного ухода параметров фазосдвигающей цепи блока 10, вектор сигнала Ор.д.(х) приближаетс  к вектору сигнала Ор(х) (фиг. 2). Так как фазовые углы р между сигналами Ор(х) и Ор.д.(х), Оо и Оо.д. задаютс  реактивным элементом С или L фазосдвигающих цепей типа R - С или R - L блоков 10 и 11 соответственно (уход от температуры параметров резисторов R ничтожно мал, вследствие высокой температурной стабильности серийно изготавливаемых резисторов, например, типа С2-36), а уход параметров реактивных элементов С или L, как правило, одного знака , то это приводит и к уменьшению фазового угла гр между сигналами 00 и О0.д. на величину, приблизительно равную уменьшению фазового угла тр между сигналами Ор(х) и Ор.д.(х), и вектор сигнала Оо.д. приближаетс  к вектору сигнала 00. После геометрического сложени  векторов сигналов Ор(х) и Оо.д., Ор.д.(х) и Оо (с уменьшенными углами Ц) между ними от воздействи  температуры ) разность фаз между результирующими сигналами остаетс  неизменной, так как векторы результирующих сигналов Орез.1 и Орез.2 после суммировани  измен ют свое фазовое положение (поворачиваютс ) в одном направлении.

Температурный .уход собственных параметров магнитопровода 3 и обмоток 6-9 чувствительного элемента 2 трансформаторного датчика или источника 1 перемен0

5

0

5

0

5

0

5

0

11, а отношени  сигналов

5

ного напр жени  в предлагаемом амплитудно-фазовом трансформаторном датчике не оказывает вли ни  на разность фаз ДЈ между результирующими сигналами 0 Рез.1 и

Орез. 2. Это объ сн етс  следующим образом .

При изменении от воздействи  температуры , например, сигнала выхода источника 1 переменного напр жени  в сторону увеличени  возрастают сигналы Ор(х)и Оо с выходов обмоток 8, 9 и соответственно с выходов блоков 10, 11, а также сдвинутые относительно них по фазе сигналы Ор.д.(х) и Оо.д с дополнительных выходов блоков 10,

ОР(Х) и ОР.Д(Х)

vJo.flЫэ

вход щие в выражение (3), остаютс  практически неизменными, и разность фаз между результирующими сигналами остаетс  неизменной.

Таким образом, за счет исключени  вли ни  изменени  фазовых углов tp , питающего напр жени  Onum и ухода собственных параметров магнитопровода, обмоток чувствительного элемента на разность фаз между результирующими сигналами Д р уменьшаетс  температурна  погрешность измерений, т.е. повышаетс  точность измерений.

Повышение точности измерений происходит также за счет увеличени  помехоустойчивости отвоздействи  электромагнитных наводок (сигнал помехи) по цеп м питани  от источника 1 переменного напр жени  до чувствительного элемента 2, а также при изменении выходных параметров источника 1 синусоидального напр жени  обеспечиваетс  вследствие того , что модули сигналов Ор(х); Оо.д. и 0Р.д.(х), Оо имеют при этом пропорциональные приращени , поэтому отношени  сигналов

и iJp и . вход щие в выражение

(3), остаютс  неизменными и поэтому сигнал помехи компенсируетс .

Использование предлагаемого трансформаторного датчика перемещений позвол ет уменьшить температурную погрешность и повысить помехоустойчивость от воздействи  электромагнитных наводок .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Трансформаторный датчик перемещений , содержащий двухсекционную обмотку возбуждени , секции которой соединены последовательно согласно, двухсекционную измерительную обмотку, секции которой соединены последовательно встречно, источник питани , соединенный с обмоткой

   возбуждени , ферромагнитный сердечник, подвижный ферромагнитный  корь, предназначенный дл  св зи с объектом перемещени , фазометр, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , он снабжен блоком формировани  основного и дополнительного рабочих сигналов, блоком формировани  основного и дополнительного опорных сигналов, первым и вторым сумматорами, выходы кото-- рых подключены к сигнальным входам фазометра, входы первого сумматора под0

   ключены к основному выходу блока формировани  рабочих сигналов и к дополнительному выходу блока формировани  опорных сигналов, входы второго сумматора подключены к основному выходу блока формировани  опорных сигналов и к дополнительному выходу блока формировани  рабочих сигналов , входы блоков формировани  рабочих и опорных сигналов подключены соответственно к начальным выводам секций измерительных обмоток, обща  точка которых подключены к.общему входу фазометра.