УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
DEVICE FOR MEASURING LINEAR DISPLACEMENTS

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных перемещений.
Известен трансформаторный датчик перемещений [1], содержащий источник переменного напряжения, обмотки возбуждения, измерительную и компенсационную обмотки, узлы коммутации, управляемые внешним сигналом, блок преобразования напряжений.
Недостатком указанного датчика является отсутствие широкодиапазонной регулировки порогов срабатывания и оперативной настройки устройства и индикации выходных цепей при достижении заданных уровней перемещения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является указатель положения арматуры ДУ 1 [2].
Указатель содержит генератор синусоидального напряжения, который запитывает первичную обмотку взаимоиндуктивного датчика, две вторичные обмотки которого, опорная и сигнальная, подключены на входы детекторов-усилителей. Перемещающийся в обмотках датчика шток, соединенный с объектом измерения, изменяет коэффициент связи между первичной и сигнальной обмотками. Сигналы с обмоток поступают на входы детекторов-усилителей, на выходы которых подключены входы фильтров нижних частот. Выход первого фильтра нижних частот подключен на блок регулировки порогов срабатывания индикации. Выходы блока регулировки порогов срабатывания индикации подключены на первый вход схемы формирования сигнала «открыто» и второй вход схемы формирования сигнала «закрыто». Выход второго фильтра нижних частот подключен на второй вход схемы формирования сигнала «открыто» и первый вход схемы формирования сигнала «закрыто». Выходы схем формирования сигналов «открыто» и «закрыто» подключены на входы блока индикации.
Недостатками указателя положения арматуры ДУ 1 являются высокая погрешность измерения при изменении рабочего диапазона за счет включения блока регулировки порогов срабатывания индикации на выход первого фильтра нижних частот, приводящего к нестабильности опорного сигнала, низкие функциональные возможности по управлению внешним устройством и контролю за состоянием выходного сигнала.
Целью изобретения являются расширение функциональных возможностей устройства путем введения широкодиапазонной регулировки порогов срабатывания и оперативной настройки диапазонов срабатывания, повышение стабильности срабатывания при изменении температуры, повышение качества работы устройства за счет управления внешними цепями и контроля срабатывания схемы.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения линейных перемещений, содержащее генератор переменного сигнала, взаимоиндуктивный датчик перемещения, включающий первичную, две вторичных обмотки и шток с возможностью его перемещения в обмотках датчика, два усилителя-детектора, два фильтра нижних частот и два компаратора, при этом первый вывод первичной обмотки датчика подключен на выход генератора переменного сигнала, две вторичные обмотки, образцовая и сигнальная, первыми выводами подключены к входам образцового и сигнального усилителей-детекторов, вторые выводы первичной, образцовой и сигнальной обмоток подключены на нулевую шину, выходы усилителей-детекторов подключены на входы первого и второго фильтров нижних частот, первый и второй компараторы, согласно изобретению введены два переменных резистора регулировки порогов срабатывания, два блока формирования выходных сигналов, два элемента индикации, причем один вывод первого переменного резистора подключен на минусовую шину питания, второй вывод первого переменного резистора подключен на выход второго фильтра нижних частот и первый вывод второго переменного резистора, второй вывод которого подключен на нулевую шину, подвижной вывод первого переменного резистора подключен на прямой вход первого компаратора, подвижной вывод второго переменного резистора подключен на инверсный вход второго компаратора, инверсный вход первого компаратора соединен с прямым входом второго компаратора и соединен с выходом первого фильтра нижних частот, выход первого компаратора подключен на вход первого блока формирования выходного сигнала, выход второго компаратора подключен на вход второго блока формирования выходного сигнала, выходы первого и второго блоков формирования выходных сигналов являются первым и вторым выходами устройства для измерения линейных перемещений, а выходы управления индикацией блоков формирования выходных сигналов подключены на первые выводы элементов индикации, вторые выводы элементов индикации подключены на нулевую шину.
В устройстве для измерения линейных перемещений блоки формирования выходных сигналов выполнены с выходами, содержащими средние контакты, нормально замкнутые контакты, нормально разомкнутые контакты.
На фиг.1 приведена блок-схема устройства.
На фиг.2 приведена блок-схема устройства, выходы которого содержат средние контакты, нормально замкнутые контакты, нормально разомкнутые контакты.
Устройство для измерения линейных перемещений содержит генератор переменного напряжения 1, выход которого нагружен на первичную обмотку 2 датчика линейных перемещений 3, второй вывод первичной обмотки 2 подключен на нулевую шину, вторичную сигнальную обмотку 4 и вторичную образцовую обмотку 5, одним выводом обмотки 4 и 5 подключены на нулевую шину, а вторыми выводами на входы детекторов-усилителей 7 и 8. Выходы детекторов-усилителей 7 и 8 подключены на входы первого фильтра нижних частот 9 и второго фильтра нижних частот 10. Выход первого фильтра нижних частот 9 подключен на инверсный вход первого компаратора 11 и на прямой вход второго компаратора 12. Выход второго фильтра нижних частот 10 подключен на первый переменный резистор 13 и второй переменный резистор 14, второй вывод первого переменного резистора 13 подключен на «минус» питания, подвижной вывод первого переменного резистора 13 подключен на прямой вход первого компаратора 11, второй вывод второго переменного резистора 14 подключен на нулевую шину, подвижной вывод второго переменного резистора 14 подключен на инверсный вход второго компаратора 12. Выход первого компаратора 11 подключен на вход первого блока формирования выходного сигнала 15. Выход второго компаратора 12 подключен на вход второго блока формирования выходного сигнала 16. Первый и второй блоки формирования выходных сигналов 15 и 16 имеют по одному выходу управления индикацией, на которые подключены элементы индикации 17 и 18. Вторые выходы блоков формирования выходных сигналов 15 и 16 являются выходами устройства для измерения линейных перемещений.
Устройство для измерения линейных перемещений имеет второй вариант исполнения по выходам блоков формирования выходных сигналов 15 и 16. Во втором варианте исполнения каждый блок формирования выходных сигналов 15 и 16 содержит по три вывода: средний (СР), нормально замкнутый (НЗ) и нормально разомкнутый (HP).
Устройство для измерения линейных перемещений работает следующим образом. Генератор переменного сигнала 1 запитывает первичную обмотку 2 датчика перемещений 3. На вторичных обмотках 4 и 5 вырабатывается переменный сигнал. На обмотке 4 вырабатывается сигнальное напряжение, зависящее от положения штока 6 датчика 3, на обмотке 5 вырабатывается образцовое напряжение, которое не зависит от положения штока 6. Сигнальное напряжение поступает на детектор-усилитель 7, образцовое напряжение поступает на детектор-усилитель 8, где переменные напряжения детектируются и усиливаются. Далее сигналы поступают каждый на свой фильтр нижних частот 9 и 10. С первого фильтра нижних частот 9 сигнал поступает на инверсный вход первого компаратора 11 и на прямой вход второго компаратора 12. Со второго фильтра нижних частот 10 сигнал через переменный резистор 13 поступает на прямой вход первого компаратора 11 и через переменный резистор 14 на инверсный вход второго компаратора 12. Переменные резисторы 13 и 14 устанавливают пороги срабатывания компараторов 11 и 12. С выходов компараторов 11 и 12 сигналы поступают на блоки формирования выходных сигналов 15 и 16. Выходы блоков формирования выходных сигналов являются выходами устройства для измерения линейных перемещений.
При работе устройства возможны три варианта:
- шток находится в датчике (включен только индикатор первого положения штока);
- шток находится в центре датчика (включены индикаторы первого и второго положения штока);
- шток выведен из зоны чувствительности сигнальной обмотки датчика (включен только индикатор второго положения штока).
Включение индикаторов соответствует высокому уровню выходного сигнала или соответствующему положению выходных контактов для второго варианта исполнения устройства (фиг.3).
Первый вариант работы устройства реализуется при высоком уровне сигнального напряжения, которое поступает на инверсный вход первого компаратора 11 и прямой вход второго компаратора 12, на прямой вход первого компаратора 11 подается низкий уровень положительного сигнала, на инверсный вход второго компаратора 12 средний уровень положительного сигнала. В этом случае на выходе первого компаратора 11 присутствует отрицательный сигнал, а на выходе устройства высокий уровень сигнала по первому выходу (индикатор включен). На выходе второго компаратора 12 присутствует положительный сигнал, а на выходе устройства низкий уровень сигнала по второму выходу (индикатор выключен).
Второй вариант работы устройства реализуется при среднем уровне сигнального напряжения, которое поступает на инверсный вход первого компаратора 11 и прямой вход второго компаратора 12, на прямой вход первого компаратора 11 подается низкий уровень положительного сигнала, на инверсный вход второго компаратора 12 средний уровень положительного сигнала, который больше, чем сигнал на его прямом входе. В этом случае на выходе первого компаратора 11 присутствует отрицательный сигнал, а на выходе устройства высокий уровень сигнала по первому выходу (индикатор включен). На выходе второго компаратора 12 присутствует отрицательный сигнал, а на выходе устройства высокий уровень сигнала по второму выходу (индикатор включен).
Третий вариант работы устройства реализуется при низком уровне сигнального напряжения, которое поступает на инверсный вход первого компаратора 11 и прямой вход второго компаратора 12, на прямой вход первого компаратора 11 подается низкий уровень положительного сигнала, на инверсный вход второго компаратора 12 средний уровень положительного сигнала. В этом случае на выходе первого компаратора 11 присутствует положительный сигнал, а на выходе устройства низкий уровень сигнала по первому выходу (индикатор выключен). На выходе второго компаратора 12 присутствует отрицательный сигнал, а на выходе устройства высокий уровень сигнала по второму выходу (индикатор включен).
В качестве элемента индикации может быть использована лампа накаливания, светодиод и др. Индикация может быть выполнена различным цветом. Наименование элементов индикации может быть различным: открыто-закрыто, вправо-влево, вверх-вниз и др.
Технико-экономический эффект устройства заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет введения широкодиапазонной регулировки порогов срабатывания и оперативной настройки диапазонов срабатывания, повышении стабильности срабатывания при изменении температуры, повышении качества работы устройства за счет управления внешними цепями и контроля срабатывания схемы.
Источники информации
1. Авторское свидетельство SU №1832177, опубл. 07.08.1993, бюл. №29.
2. Указатель положения арматуры ДУ 1, В.Гаврилов, А.Колесников, Екатеринбург. Практика приборостроения №1, 2003 г., стр.26-28.