Прецизійний вимірник переміщення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматор-конструктор

 Коментарі до статті

Один із перспективних шляхів створення високоточних приладів контролю переміщення – використання індуктивних перетворювачів із цифровим відліком результату вимірювання. Відомі індуктивні вимірювачі лінійного переміщення, у яких з метою підвищення чутливості використано фазочутливий детектор на транзисторах. Такі перетворювачі мають підвищений коефіцієнт передачі лише поблизу точки рівноваги вимірювального моста, а в решті вимірювального інтервалу вони можна порівняти за чутливістю з традиційними пристроями.

Описані пристрої для контролю переміщення, в яких обмотки датчика включені вимірювальний міст з баластними резисторами. Такі пристрої без точного настроювання та оптимізації режиму роботи не забезпечують високої точності та стабільності результатів вимірювання. Відомі також індуктивні частотні перетворювачі з обмотками, включеними в коливальний контур генератора високої частоти. Частота вихідного сигналу таких перетворювачів пропорційна вимірюваному переміщенню. Подібні пристрої також не мають переваг щодо чутливості порівняно з іншими.

В Інституті геотехнічної механіки АН УРСР розроблено та досліджено простий індуктивний вимірювач переміщення, що забезпечує високу чутливість, точність та стабільність результатів вимірювання при зміні параметрів його елементів. Індуктивний вимірник переміщення (див. схему на рис. 1). містить перетворювач з диференціальними обмотками L1, L2, кільцевий діодний детектор VD3-VD6, вихідний індикатор Р1, генератор прямокутної напруги на транзисторах VT1, VT2 та трансформаторі Т1.

Паралельні ланцюги послідовно з'єднаних диференціальних обмоток L1, L2, індуктивного датчика та конденсаторів С1, С2 вимірювального моста включені в ланцюг позитивного зворотного зв'язку генератора. Таке включення автоматично забезпечує роботу перетворювача переміщень в резонансному режимі, тобто коли індуктивний опір компенсований ємнісним і повний опір кожного ланцюга практично дорівнює активному опору обмоток. Через вимірювальний міст протікає змінний струм, формою близький до синусоїдального, оскільки добротність контуру дуже висока. Завдяки наявності діодів VD1, VD2 струм контуру безпосередньо протікає через емітерний перехід відкритого у відповідний напівперіод транзистора генератора. Другий транзистор у цей час закритий.

Генератор прямокутних імпульсів працює практично без навантаження, тому при його запуску струм у контурі, починаючи з першого ж такту, досягає значення, що встановилося. Транзистори працюють без усунення, що забезпечує їх перемикання поблизу моменту переходу струму контуру "через нуль", тобто перетворювач працює в резонансному режимі, при якому чутливість вимірювача переміщення максимальна.

На рис. 2 схематично зображена конструкція власне датчика вимірювача. Котушки L1 і L2 розміщені на двох Ш-подібних елементах магнітопроводу 2, встановлених із зазором. У зазорі між елементами розміщений якір 1, виготовлений у вигляді пластини з феромагнітного матеріалу, Якір механічно зв'язують коромислом 3 з ланкою, що переміщається контрольованого механізму.

Для визначення виду математичного виразу, що визначає вихідний струм перетворювача In, проведено необхідні теоретичні дослідження, в результаті яких отримано таку спрощену формулу:

In=(0,9Um/ХL+R) * (AwLo/(V(AwLo)2+r2)
де Um - амплітудне значення напруги живлення,
XL-індуктивний опір однієї котушки перетворювача, R-опір мікроамперметра Р1;
A=dh/h - відношення зміщення якоря до зазору між якорем та полюсом магнітопроводу у вихідному положенні (див. рис. 2).
L( ) - індуктивність однієї котушки при середньому положенні якоря, r - активний опір однієї котушки (r1=r2);
w – кутова частота генератора.

Експериментальні дослідження перетворювача підтвердили достовірність одержаного виразу. Для перевірки працездатності та технічних характеристик індуктивності вимірювача переміщення проведено лабораторні випробування кількох макетних зразків у комплексі вимірювальної системи мікробарометра. Встановлено, що надійний запуск та стійка робота генератора забезпечуються при напрузі джерела живлення 0,3 і більше при температурі в межах від -5 до +50 °С. Робота вимірювача за нижчої температури не перевірялася.

Основні фактори, що дестабілізують роботу перетворювача, - зміна напруги живлення та температури. Тому живити перетворювач слід від стабілізатора напруги. Температурна похибка пристрою в інтервалі від +5...40°C не перевищує 5% на кожні 10°С, причому зсув нульової точки відсутня, що особливо важливо при використанні перетворювача для індикації неузгодженості компенсаційних вимірювальних системах.

Чутливість вимірювача незначно змінюється при зміні ємності конденсаторів вимірювального моста в межах від 0,01 до 0,18 мкФ (рис. 3). При цьому автоматично встановлюється резонансна частота, що визначається параметрами послідовних ланцюгів LC. Зміна індуктивності кожної з обмоток, викликане переміщенням якоря в робочому зазорі, не перевищує 10% від номінального значення. Оскільки зміщення якоря від нейтрального становища викликає збільшення індуктивності однієї з обмоток і зменшення індуктивності інший одне і те значення, то резонансна частота мало змінюється. Від напруги живлення залежить дуже слабко. Результати експериментальних досліджень показують, що при зміні напруги живлення на 33% догляд частоти не перевищує 0,25%.

Описаний вимірювач відрізняється від відомих простотою пристрою, економічністю, високими метрологічними характеристиками і з успіхом застосовується у високоточних мікробарометpax, що випускаються ризьким дослідним заводом "Гідрометприлад". Він може бути використаний при точних вимірах переміщення та інших областях техніки.

Основні технічні характеристики:

• Робочий інтервал переміщення, мм +-0,5
• Роздільна здатність, мм, не гірше ......... 1Е10-7
• Температурна похибка, мм/°С 3Е10-3
• Потужність, Вт. . . 7Е10-3

Трансформатор Т1 генератора намотаний на магнітопроводі Ш4х4 з фериту 2000НМ і містить три обмотки по 100 витків дроту ПЕВ-1 0,12. Котушки L1, L2 датчика складаються з 500 витків дроту ПЕВ-1 0,12 кожна. Магнітопровід датчика - два блоки Ш4х4 з фериту 2000НМ. Індикатор Р1 - мікроамперметр М4205 із струмом повного відхилення стрілки 30 мкА та нулем посередині шкали.

Обидві частини магнітопроводу датчика з котушками кріплять до основи за допомогою спеціальних скоб з гвинтами, що дозволяють змінювати величину повітряного зазору. Його встановлюють за допомогою каліброваних пластин. Якір датчика виготовлений з пермалою та має перетин 5х0,3 мм.

У перетворювачі можуть бути використані практично будь-які малопотужні транзистори та діоди. Однак застосування кремнієвих приладів пов'язане із збільшенням падіння напруги на р-n переходах, що потребує збільшення напруги живлення.

При номіналах та типах елементів. вказаних на схемі рис. 1 вимірювач споживає струм близько 5 мА, а його чутливість при повітряному зазорі 2h=1 мм у магнітопроводі датчика і опорі мікроамперметра 0,5 ком дорівнює 3,5 мкА/мкм, що майже в десять разів перевищує чутливість відомих датчиків при рівнозначних початкових умовах та відповідає вимогам прецизійних вимірів переміщення рухомих елементів барометричних приладів.

При використанні описаного приладу компенсаційних вимірювальних системах стабілізувати напругу живлення не потрібно.

література

1. Радіо № 5, 1986

Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Дивіться інші статті розділу Радіоаматор-конструктор.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Матеріал у 10 разів міцніший від сталі 14.01.2017 Група вчених із Массачусетського технологічного інституту створила легкий та міцний матеріал із графенових лусочок. Як відомо, графен вважається найміцнішим на сьогодні матеріалом, проте перетворити його на тривимірну форму вважалося складним завданням. Щільність нового матеріалу в 20 разів менше щільності сталі, при цьому він виявився міцнішим за сталі в 10 разів. Для отримання матеріалу фахівці здавили невеликі "лусочки" графену за високої температури. За словами вчених, тривимірна структура, що вийшла, чимось нагадує деякі корали. Створити матеріал високої міцності вдалося завдяки певному розташуванню "лусочок" у просторі. Особливої ​​конфігурації вдалося досягти за допомогою високоточного 3D принтера. Крім того, нове дослідження, проведене фахівцями з Массачусетського технологічного інституту, спростувало висунуте іншими групами вчених припущення, згідно з яким існує можливість створення з графену твердих тривимірних об'єктів, легших за повітря. Передбачалося, що такі матеріали можуть бути використані як заміна гелію в кулях. За словами дослідників з Массачусетса, за такої низької щільності матеріал просто не витримав би тиску навколишнього повітря і зруйнувався б.

Інші цікаві новини:

▪ Розроблено векторний відеокодек

▪ Гібридний кросовер BMW Concept XM

▪ Спальний годинник

▪ Поїзд метро X-Wagen компанії Siemens Mobility

▪ Велосипед з колесами, що вихаються.

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Гірлянди. Добірка статей

▪ стаття Кататися як сир у маслі. Крилатий вислів

▪ стаття Чим пояснюються випадки вбивства носорогів африканськими слонами? Детальна відповідь

▪ стаття Білі скелі Дувру. Диво природи

▪ стаття Цифрові мікросхеми. Типи логіки, корпуси. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Проходження монети через дно склянки. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024