научная статья по теме ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ»

УДК 681.3.085

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ MEASUREMENT TRANSDUCER OF DISPLACEMENTS

Жиров Валерий Георгиевич

канд. техн. наук, доцент E-mail: zh@samgtu.ru

Самарский государственный технический университет, г. Самара

Аннотация: Описан измерительный преобразователь повышенной чувствительности и точности для преобразования малых перемещений в электрический сигнал с выходом на от-счетное устройство, предназначенный для использования в испытательных стендах.

Ключевые слова: измерительный преобразователь малых перемещений, отсчетное устройство.

Zhirov Valery G.

Ph. D. (Tech.), Associate Professor E-mail: zh@samgtu.ru

Samara State Technical University, Samara city

Abstract: The paper describes a measuring transducer of small displacements into electric signal that also has an output to indicating device. It is designed for use in displacement, pressure and strain measurement test-benches. The design and operation principle are described. The proposed solution provides the increase of sensitivity and accuracy. Keywords: measuring transducer of small displacements, indicating device.

ВВЕДЕНИЕ

В измерительной технике и приборостроении широко используются преобразователи малых перемещений в электрический сигнал, а также электрического сигнала в механическое перемещение указателя. Они используются для измерения усилий, давлений и преобразования входной величины в угол поворота отсчетного устройства.

Известны измерительные преобразователи, выполненные с магнитопроводами и с подвижным постоянным магнитом, выходной электрический сигнал которого передается на измерительный прибор с отсчетным устройством. Однако известные устройства характеризуются недостаточно высокой чувствительностью и точностью преобразования, что приводит в некоторых случаях к сбою обрабатываемой информации.

Наиболее близкими по технической сущности к рассматриваемому являются преобразователи, описанные в работах [1, 2].

КОНСТРУКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Разработанный в Самарском государственном техническом университете измерительный преобразователь имеет повышенную чувствительность и точность преобразования. Он содержит вертикальные и цилиндрические магнитопроводы, выполненные со сквозными отверстиями, и каждый магнитопровод снабжен отдельными обмотками (рис. 1). При этом вертикальные магнитопрово-ды выполнены с прямоугольными отверстиями и снабжены входной и выходной обмотками для каждого магнитопровода в отдельности, а также дополнительной, третьей обмоткой, расположен-

ной только на каком-либо одном магнитопроводе и охватывающей этот магнитопровод по всему периметру. Цилиндрические магнитопроводы выполнены с коаксиальными отверстиями и снабжены одинарными обмотками на каждом магни-топроводе. Кроме того, обмотки всех магнито-проводов и рамок соответствующим образом соединены. Фактически в данном преобразователе совмещены первичный датчик перемещений и измеритель с отсчетным устройством.

Датчики и Системы • № 8.2015

47

Измерительный преобразователь [3] содержит подвижный постоянный магнит 1, вертикальные магнитопроводы 2—5, цилиндрические магнито-проводы 6, 7 и рамки 8, 9. Постоянный магнит помещен между верхними концами вертикально установленных магнитопроводов 2—5. Нижние концы этих магнитопроводов выполнены с дугообразными выемками 10—12, представляющими в простейшем случае полюса, охватывающими цилиндрические магнитопроводы 6 и 7. Каждый из вертикальных магнитопроводов снабжен входной 13—16 и выходной 17—20 обмотками. Кроме того, один из вертикальных магнитопроводов, а именно магнитопровод 4, снабжен дополнительной третьей обмоткой 21, охватывающей магни-топровод по всему периметру. Цилиндрические магнитопроводы также снабжены одинарными обмотками. Так, магнитопровод 6 снабжен обмоткой 22, а магнитопровод 7 — обмоткой 23. Вертикальные и цилиндрические магнитопрово-ды выполнены со сквозными отверстиями, в частности, первые с отверстиями 24—27, а вторые с отверстиями 28. В первом случае отверстия имеют прямоугольную форму, во втором — круглую. На вертикальных магнитопроводах все обмотки, за исключением обмотки 21, расположены таким образом, что они охватывают только внешнюю часть расщепленного магнитопровода. Рамки 8, 9 выполнены подвижными и закреплены на общей оси 29, жестко связанной с показывающей стрелкой 30, которая перемещается по шкале 31.

На рис. 2 представлен вариант соединения обмоток преобразователя. На зажимы 32, 33 поступает входное переменное напряжение, а с зажимов 34—37снимается выходное напряжение. Первая из указанных величин является функцией перемещения, а вторая — функцией производной по этому же перемещению. Диоды 38—41 и 42—45

образуют мостовые схемы, в диагональ каждой из которых включены обмотки рамок 8 и 9.

В нейтральном положении постоянного магнита 1 потоки от него в магнитопроводах 2—5 будут равны между собой, а индуктивные сопротивления расположенных на этих магнитопроводах обмоток одинаковы, т. е. токи в обмотках рамок 8, 9 будут также равны и направлены навстречу один другому. Тогда стрелка 30 будет занимать на шкале среднее положение; выходные напряжения будут равны нулю.

При возникновении перемещения постоянного магнита, например, по направлению стрелки (см. рис. 1), постоянный магнитный поток, проходящий через магнитопроводы 4, 5, 6 и пронизывающий рамку 8, увеличивается, а поток, проходящий через магнитопроводы 2, 3, 7 и пронизывающий рамку 9, уменьшается. Вращающий момент, действующий на рамку 8, таким образом, увеличивается, а такой же момент, действующий на рамку 9, уменьшается. Подвижная часть начинает вращаться до наступления момента равновесия, и происходит ее отклонение на угол, пропорциональный перемещению постоянного магнита. Выходное напряжение на зажимах 34—37 будет пропорционально перемещению магнита, а напряжение на зажимах 36, 37 — пропорционально скорости перемещения постоянного магнита.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате уменьшения погрешности от гистерезиса повышается чувствительность преобразователя и повышается точность измерения.

Данное устройство может быть использовано, например, для измерения перемещений, усилий и давлений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Куликовский Л. Ф, Жиров В. Г. Магнитомодуляционные измерительные преобразователи. — М.: Энергия, 1977. — 88 с. [Kulikovskij L. F., Zhirov V. G. Magnetic modulation measuring transducers. — Moscow: Jenergija, 1977. — 88 p. (In Russian).].

2. Жиров В. Г, Виноградов Ю. И, Коржавин О. А. Измеритель линейного перемещения с магнитоуправляемым преобразователем // Машины и нефтяное оборудование. — 1967. — № 9. — С. 29—32. [Zhirov V G., Vinogradov Ju. I, Korzhavin O. A. Measuring instrument of linear movement with magnetic controlled transducer // Machines and oil equipment. — 1967. — № 9. — P. 29—32. (In Russian).].

3. A. c. 468158 (СССР) МКИ G 01 R 5/04. Измерительный преобразователь / Л. Ф. Куликовский, В. Г. Жиров // Бюл. — 1975. — № 15. [А. c. 468158 (USSR) МКИ G 01 R 5/04. Measuring transducer / L. F. Kulikovskij, V. G. Zhirov // Bull. — 1975. — № 15. (In Russian).].

48

Sensors & Systems • № 8.2015

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком