ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ТОКОВЫЙ СИГНАЛ

Преобразователь механического перемещения в токовый сигнал Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в любой отрасли промышленности для измерения перемещений объекта.
Известен преобразователь механического перемещения в токовый сигнал («Блоки сигнализации положения токовые БСПТ» ЯЛБИ.426449.016 РЭ, 2006 г., разработчик и изготовитель ОАО «ЗЭиМ»», РФ), содержащий накопительный конденсатор, зарядный резистор, генератор импульсов, дифференциально-трансформаторный датчик перемещения, устройство выборки и хранения, преобразователь напряжения в ток, первый и второй стабилитроны, защитный диод, три вывода для подключения внешних цепей.
Недостатком преобразователя является низкая точность преобразования механического перемещения в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА при подключении внешних цепей по двухпроводной линии, возникающая из-за зависимости тока потребления схемы от напряжения питания внешнего источника и сопротивления нагрузки.
Известен преобразователь механического перемещения в токовый сигнал («Блоки сигнализации положения токовые БСПТ-21» СНЦИ.426449.071 РЭ, 2007 г., разработчик и изготовитель ОАО «СКБ СПА»», РФ, ПАТЕНТ №66513), содержащий накопительный конденсатор, зарядный резистор, генератор импульсов, дифференциально-трансформаторный датчик перемещения, устройство выборки и хранения, преобразователь напряжения в ток, первый и второй стабилитроны, защитный диод, три вывода для подключения внешних цепей.
Данный преобразователь является наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков.
Недостатками преобразователя, принятого за прототип, являются недостаточная точность преобразования механического перемещения в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА, при подключении внешних цепей по двухпроводной линии, из-за температурной нестабильности выходного каскада в широком температурном диапазоне и недостаточная помехозащищенность выходного сигнала.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения точности и помехозащищенности преобразователя механического перемещения в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА при подключении внешних цепей по двухпроводной линии в широком температурном диапазоне путем стабилизации выходного тока.
Для достижения указанного технического результата в преобразователь механического перемещения в токовый сигнал, содержащий накопительный конденсатор, зарядный резистор, генератор импульсов, дифференциально-трансформаторный датчик перемещения, устройство выборки и хранения, преобразователь напряжения в ток, стабилитрон, блок стабилизации напряжения, защитный диод, источник тока, три вывода для подключения внешних цепей, причем первый вывод накопительного конденсатора подключен к первому выводу зарядного резистора и ко входу генератора импульсов, выход которого подключен к аноду стабилитрона, входу управления устройства выборки-хранения и первому выводу первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика перемещения, вторичные встречно-включенные обмотки которого подключены ко входам устройства выборки и хранения, выход которого соединен со входом преобразователя напряжения в ток, второй вывод накопительного конденсатора, катод стабилитрона, второй вывод блока стабилизации напряжения, второй вывод первичной обмотки дифференциально-трансформаторного датчика перемещения и вторые цепи питания генератора импульсов и преобразователя напряжения в ток соединены с общей шиной, первый вывод блока стабилизации напряжения соединен с выходом источника тока, с первыми выводами цепей питания генератора импульсов и преобразователя напряжения в ток и со вторым выводом зарядного резистора, введены усилитель выходного сигнала, узел обратной связи и блок фильтров, при этом вход усилителя выходного сигнала подключен к выходу преобразователя напряжения в ток и соединен с выходом узла обратной связи, а выход - с входом узла обратной связи, с катодом защитного диода, и через блок фильтров со вторым выводом для подключения внешних цепей, вход источника тока, соединенный с анодом защитного диода связан через блок фильтров с первым выводом для подключения внешних цепей, общий вывод цепи питания усилителя выходного сигнала подключен через блок фильтров с третьим выводом для подключения внешних цепей.
Благодаря введению усилителя выходного сигнала с узлом обратной связи достигается высокая точность выходного сигнала в широком температурном диапазоне за счет термокомпенсации рабочей точки усилителя выходного сигнала, а благодаря введению блока фильтров достигается высокая помехозащищенность выходного токового сигнала.
На чертеже приведена принципиальная электрическая схема преобразователя механического перемещения в токовый сигнал.
Преобразователь механического перемещения в токовый сигнал содержит накопительный конденсатор 1, зарядный резистор 2, генератор импульсов 3, дифференциально-трансформаторный датчик перемещения 4, стабилитрон 5, устройство выборки-хранения 6, блок стабилизации напряжения 7, преобразователь напряжения в ток 8, источник тока 9, узел обратной связи 10, усилитель выходного сигнала 11, защитный диод 12, блок фильтров 13, выводы 14, 15, 16 для подключения внешних цепей. На схеме также показано сопротивление нагрузки 17 и внешний источник питания 18.
Преобразователь работает следующим образом: напряжение питания от источника питания 18 поступает на вход 16 и через сопротивление нагрузки 17 на вход 15, далее через входной блок фильтров 13 напряжение питание через диод 12 поступает на источник тока 9. С выхода источника тока напряжение поступает на блок стабилизации напряжения 7 и преобразователь 8. Источник тока 9 настроен на минимальное значение выходного тока, равное 4 мА. Под воздействием стабилизированного напряжения, сформированного блоком стабилизации напряжения 7 через зарядный резистор 2 начинает заряжаться накопительный конденсатор 1. При достижении на конденсаторе 1 значения напряжения равного значению порога переключения генератора импульсов 3, последний открывается и конденсатор 1 разряжается на первичную обмотку дифференциально-трансформаторного датчика перемещения 4, которая для стабилизации амплитуды импульса зашунтирована стабилитроном 5. После снижения напряжения импульса до уровня стабилизации стабилитрона 5, цепь разряда генератора 3 разрывается и цикл повторяется. Под воздействием импульсов на первичной обмотке дифференциально-трансформаторного датчика 4 на включенных встречно последовательно вторичных обмотках возникают импульсы, амплитуда которых линейно связана с отклонением подвижного плунжера (сердечника) от среднего положения. Эти импульсы поступают на вход устройства выборки-хранения бив нем запоминаются. Выходной сигнал устройства 6 поступает на преобразователь напряжения в ток 8, далее преобразованный сигнал поступает на вход усилителя выходного сигнала 11 реализованного с узлом обратной связи 10, далее на блок фильтров 13 и через вывод 15 на сопротивление нагрузки 17. Таким образом, благодаря введению усилителя выходного сигнала 11 с узлом обратной связи 10 достигается высокая точность выходного сигнала в широком температурном диапазоне за счет термокомпенсации рабочей точки усилителя выходного сигнала, а благодаря введению блока фильтров 13 достигается высокая помехозащищенность выходного токового сигнала.
Заявляемое устройство может быть неоднократно воспроизведено на современном оборудовании и планируется применить в разрабатываемых блоках сигнализации положения, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «промышленная применимость» для полезной модели.