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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medidor de desplazamiento de precisión. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado Una de las formas prometedoras de crear dispositivos de control de desplazamiento de alta precisión es utilizar transductores inductivos con una lectura digital del resultado de la medición. Contadores de desplazamiento lineal inductivos conocidos, en los que, para aumentar la sensibilidad, se utiliza un detector de transistor sensible a la fase. Dichos transductores tienen un coeficiente de transmisión aumentado solo cerca del punto de equilibrio del puente de medición, y en el resto del intervalo de medición son comparables en sensibilidad a los dispositivos tradicionales. Se describen dispositivos de control de desplazamiento, en los que los devanados del sensor están incluidos en un puente de medición con resistencias de balasto. Dichos dispositivos sin ajuste fino y optimización del modo operativo no proporcionan una alta precisión y estabilidad de los resultados de la medición. También se conocen convertidores inductivos de frecuencia con devanados incluidos en el circuito oscilatorio del generador de alta frecuencia. La frecuencia de la señal de salida de tales transductores es proporcional al desplazamiento medido. Dichos dispositivos tampoco tienen ventajas en sensibilidad en comparación con otros. En el Instituto de Mecánica Geotécnica de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Ucrania, se ha desarrollado y estudiado un medidor de desplazamiento inductivo simple, que garantiza una alta sensibilidad, precisión y estabilidad de los resultados de medición cuando cambian los parámetros de sus elementos. Medidor de desplazamiento inductivo (ver diagrama en la Fig. 1). contiene un convertidor con devanados diferenciales L1, L2, un detector de diodo de anillo VD3-VD6, un indicador de salida P1, un generador de voltaje rectangular basado en transistores VT1, VT2 y transformador T1.
Los circuitos paralelos de devanados diferenciales conectados en serie L1, L2, un sensor inductivo y los condensadores C1, C2 del puente de medición están incluidos en el circuito de retroalimentación positiva del generador. Tal inclusión asegura automáticamente el funcionamiento del transductor de desplazamiento en modo resonante, es decir, cuando la resistencia inductiva es compensada por la capacitiva y la resistencia total de cada circuito es prácticamente igual a la resistencia activa de los devanados. Una corriente alterna fluye a través del puente de medición, que tiene una forma casi sinusoidal, ya que el factor de calidad del circuito es muy alto. Debido a la presencia de los diodos VD1, VD2, la corriente del circuito fluye directamente a través de la unión del emisor del transistor generador abierto en el medio ciclo correspondiente. El segundo transistor está cerrado en este momento. El generador de pulsos rectangulares funciona prácticamente sin carga, por lo tanto, cuando se inicia, la corriente en el circuito, desde el primer ciclo, alcanza un valor constante. Los transistores funcionan sin polarización, lo que garantiza su conmutación cerca del momento en que la corriente de bucle "cruza cero", es decir, el convertidor funciona en un modo resonante, en el que la sensibilidad del medidor de desplazamiento es máxima.
En la fig. 2 muestra esquemáticamente el diseño del propio sensor del medidor. Las bobinas L1 y L2 se colocan en dos elementos 2 en forma de W del circuito magnético instalado con un espacio. En el espacio entre los elementos hay una armadura 1 hecha en forma de placa de material ferromagnético La armadura está conectada mecánicamente por un balancín 3 al enlace móvil del mecanismo controlado. Para determinar el tipo de expresión matemática que determina la corriente de salida del convertidor In se realizaron los estudios teóricos necesarios, de los cuales se obtuvo la siguiente fórmula simplificada:
Entrada=(0,9Um/ÅL+R) * (AwLo/(V(AwLo)2+r2)
Los estudios experimentales del transductor confirmaron la validez de la expresión obtenida. Para verificar el rendimiento y las características técnicas de la inductancia del medidor de desplazamiento, se llevaron a cabo pruebas de laboratorio de varias muestras prototipo en el complejo del sistema de medición del microbarómetro. Se ha establecido que se garantiza un arranque fiable y un funcionamiento estable del generador con una tensión de alimentación de 0,3 V o más a temperaturas que oscilan entre -5 y +50 °C. No se ha verificado el funcionamiento del medidor a temperaturas más bajas. Los principales factores que desestabilizan el funcionamiento del convertidor son los cambios en la tensión de alimentación y la temperatura. Por lo tanto, el convertidor debe alimentarse desde un estabilizador de voltaje. El error de temperatura del dispositivo en el rango de +5...40 °C no supera el 5 % por cada 10 °C, y no hay desplazamiento del punto cero, lo que es especialmente importante cuando se utiliza un convertidor para indicar la falta de coincidencia en la compensación. sistemas de medicion
La sensibilidad del medidor cambia ligeramente cuando la capacitancia de los capacitores del puente de medición cambia en el rango de 0,01 a 0,18 μF (Fig. 3). En este caso, la frecuencia de resonancia se establece automáticamente, determinada por los parámetros de los circuitos LC en serie. El cambio en la inductancia de cada uno de los devanados, causado por el movimiento de la armadura en el espacio de trabajo, no excede el 10% del valor nominal. Dado que el desplazamiento de la armadura de la posición neutra provoca un aumento de la inductancia de uno de los devanados y una disminución de la inductancia del otro en el mismo valor, la frecuencia de resonancia permanece prácticamente invariable. Depende muy poco de la tensión de alimentación. Los resultados de los estudios experimentales muestran que cuando la tensión de alimentación cambia en un 33 %, la deriva de frecuencia no supera el 0,25 %. El medidor descrito difiere de los conocidos en la simplicidad del dispositivo, la eficiencia, las altas características metrológicas y se usa con éxito en microbarómetros de alta precisión fabricados por la planta experimental de Riga "Gidrometpribor". Se puede utilizar para mediciones precisas de desplazamiento en otras áreas de la tecnología. Principales características técnicas:
El transformador del generador T1 está enrollado en un circuito magnético Sh4x4 hecho de ferrita de 2000 NM y contiene tres devanados de 100 vueltas de alambre PEV-1 0,12. Las bobinas L1, L2 del sensor constan de 500 vueltas de cable PEV-1 de 0,12 cada una. El circuito magnético del sensor son dos bloques Ø4х4 hechos de ferrita de 2000NM. El indicador P1 es un microamperímetro M4205 con una corriente de desviación de flecha total de 30 μA y cero en el medio de la escala. Ambas partes del circuito magnético del sensor con bobinas están unidas a la base por medio de soportes especiales con tornillos que le permiten cambiar el tamaño del entrehierro. Se instala mediante placas calibradas. La armadura del sensor está hecha de permalloy y tiene una sección transversal de 5x0,3 mm. Casi todos los transistores y diodos de baja potencia se pueden utilizar en el convertidor. Sin embargo, el uso de dispositivos de silicio está asociado con un aumento en la caída de voltaje a través de las uniones p-n, lo que requiere un aumento en el voltaje de suministro. Con denominaciones y tipos de elementos. que se muestra en el diagrama de la Fig. 1, el medidor consume una corriente de aproximadamente 5 mA, y su sensibilidad con un espacio de aire de 2h=1 mm en el circuito magnético del sensor y una resistencia del microamperímetro de 0,5 kΩ es de 3,5 μA/μm, que es casi diez veces mayor que la sensibilidad de los sensores conocidos en condiciones iniciales equivalentes y cumple con los requisitos para mediciones de precisión del movimiento de elementos móviles de instrumentos barométricos. Cuando se usa el dispositivo descrito en sistemas de medición de compensación, no se requiere estabilizar el voltaje de suministro. Literatura
Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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