精密位移计。方案、说明

精密位移计。无线电电子电气工程百科全书

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创建高精度位移控制装置的有前途的方法之一是使用具有测量结果数字读数的电感式传感器。已知的电感式线性位移计，其中为了提高灵敏度，使用了相敏晶体管检测器。这种传感器仅在测量桥的平衡点附近具有增加的传输系数，并且在其余的测量间隔中，它们的灵敏度与传统设备相当。

描述了位移控制装置，其中传感器绕组包含在具有镇流电阻的测量桥中。这种没有微调和优化操作模式的设备不能提供测量结果的高精度和稳定性。也已知具有包括在高频发生器的振荡电路中的绕组的频率感应转换器。这种传感器的输出信号的频率与测量的位移成正比。与其他设备相比，此类设备在灵敏度方面也没有优势。

乌克兰苏维埃社会主义共和国科学院岩土力学研究所研制并研究了一种简易的感应式位移计，当其元件参数发生变化时，能够提供高灵敏度、高精度和稳定的测量结果。感应式位移计（见图1）。包含具有差分绕组L1、L2的变换器、环形二极管检波器VD3-VD6、输出指示器P1、晶体管VT1、VT2和变压器T1上的方波电压发生器。

精密位移计。方案

发电机的正反馈电路包括串联差动绕组L1、L2、测量电桥的电感式传感器和电容器C1、C2的并联电路。这种包含自动确保位移传感器工作在谐振模式，即当感抗由容抗补偿并且每个电路的总电阻几乎等于绕组的有功电阻时。交流电流过测量电桥，其形状接近正弦波，因为电路的品质因数非常高。由于二极管VD1、VD2的存在，电路电流直接流过发生器晶体管的发射结，该发生器晶体管在相应的半周期内开路。此时第二晶体管关闭。

矩形脉冲发生器几乎无负载运行，因此，当它启动时，电路中的电流从第一个周期开始就达到一个稳定值。晶体管在没有偏置的情况下运行，这确保了它们在环路电流“过零”的时刻附近进行切换，即转换器以谐振模式运行，其中位移计的灵敏度最大。

精密位移计。传感器

图上。图2示意性地显示了仪表传感器本身的设计。线圈L1和L2放置在安装有间隙的磁路的两个W形元件2上。在元件之间的间隙中有一个由铁磁材料制成的电枢1，该电枢通过摇臂3机械地连接到受控机构的移动连杆上。

为了确定决定转换器输出电流 In 的数学表达式的类型，进行了必要的理论研究，结果得到了以下简化公式：

精密位移计

In=(0,9Um/ХL+R) * (AwLo/(V(AwLo)2+r2)
其中 Um 是电源电压的幅值，
XL为变流器一个线圈的感应电阻，R为微安表P1的电阻；
A=dh/h——初始位置时衔铁位移与衔铁与磁路磁极之间的间隙之比（见图2）。
L(·)——电枢中间位置一个线圈的电感，r——一个线圈的有功电阻（r1=r2）；
w 是发电机的角频率。

转换器的实验研究证实了所获得表达式的可靠性。为了检查位移计电感的性能和技术特性，在微气压计测量系统的综合体中对多个原型样品进行了实验室测试。已证实，在-0,3℃至+5℃的温度范围内，电源电压为50V或更高时，可确保发电机可靠启动和稳定运行。仪表在较低温度下的操作尚未经过测试。

使转换器运行不稳定的主要因素是电源电压和温度的变化。因此，转换器应由稳压器供电。器件在+5...40°C范围内的温度误差每5°C不超过10%，并且没有零点偏移，这在使用转换器指示失配补偿时尤为重要测量系统。

精密位移计。日程

当测量电桥电容器的电容在 0,01 到 0,18 μF 的范围内变化时，仪表的灵敏度会略有变化（图 3）。在这种情况下，谐振频率是自动设置的，由串联 LC 电路的参数决定。每个绕组的电感变化，由工作间隙中的电枢运动引起，不超过标称值的 10%。由于电枢从中性位置的位移导致其中一个绕组的电感增加而另一个绕组的电感减少相同的值，因此谐振频率实际上保持不变。它几乎不依赖于电源电压。实验研究结果表明，当电源电压变化33%时，频率漂移不超过0,25%。

所描述的仪表与已知仪表的不同之处在于设备的简单性、效率、高计量特性，并成功地用于由里加实验工厂“Gidrometpribor”制造的高精度微气压计。它可用于其他技术领域的精确位移测量。

主要技术特点：

工作移动间隔，mm +-0,5
分辨率，mm，不低于……1E10-7
温度误差，mm/°C 3E10-3
功耗，W. 。。 7E10-3

发电机变压器T1绕在由4NM铁氧体制成的Sh4x2000磁路上，包含三个100匝PEV-1 0,12线的绕组。传感器的线圈 L1、L2 由 500 匝线 PEV-1 组成，每匝 0,12 匝。传感器的磁路是两个由 4NM 铁氧体制成的 Ш4х2000 块。 P1 指示器是一个 M4205 微安表，总箭头偏转电流为 30 μA，刻度中间为零。

带有线圈的传感器磁路的两个部分都使用带螺钉的特殊支架固定在底座上，可以改变气隙的大小。它使用校准板安装。传感器电枢由坡莫合金制成，横截面为 5x0,3 mm。

转换器中几乎可以使用任何低功率晶体管和二极管。然而，硅器件的使用与 p-n 结上的电压降增加有关，这需要增加电源电压。

具有元素的面额和类型。如图所示1、仪表消耗电流约5mA，传感器磁路气隙2h=1mm、微安表电阻0,5kOhm时其灵敏度为3,5μA/μm，几乎提高了十倍其灵敏度高于同等初始条件下已知传感器的灵敏度，满足气压仪器运动元件运动精确测量的要求。

当在补偿测量系统中使用所描述的装置时，不需要稳定电源电压。

文学

5 年第 1986 号电台

出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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