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.