精密変位計。スキーム、説明

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精密変位計です。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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高精度の変位制御デバイスを作成するための有望な方法のXNUMXつは、測定結果のデジタル読み出しを備えた誘導トランスデューサを使用することです。感度を高めるために、位相敏感トランジスタ検出器が使用される、既知の誘導線形変位計。このようなトランスデューサは、測定ブリッジの平衡点の近くでのみ透過係数が増加し、残りの測定間隔では、従来のデバイスと感度が同等です。

センサ巻線がバラスト抵抗を有する測定ブリッジに含まれる変位制御装置が記載されている。動作モードの微調整と最適化を行わないこのようなデバイスは、測定結果の高い精度と安定性を提供しません。高周波発生器の発振回路に含まれる巻線を有する周波数誘導コンバータも知られている。このような変換器の出力信号の周波数は、測定された変位に比例します。このようなデバイスは、他のデバイスと比較して感度の点でも利点がありません。

ウクライナ・ソビエト社会主義共和国科学アカデミーの地盤力学研究所では、要素のパラメータが変化した場合でも高い感度、精度、測定結果の安定性を保証する単純な誘導変位計が開発および研究されています。誘導変位計（図1の図を参照）。差動巻線 L1、L2 を備えたコンバータ、リングダイオード検出器 VD3 ～ VD6、出力インジケータ P1、トランジスタ VT1、VT2 および変圧器 T1 に基づく方形電圧発生器が含まれています。

精密変位計。図式

直列接続された差動巻線 L1、L2、誘導センサー、および測定ブリッジのコンデンサ C1、C2 の並列回路が、発電機の正帰還回路に含まれています。これにより、変位トランスデューサが共振モードで動作することが自動的に保証されます。つまり、誘導抵抗が容量性抵抗によって補償され、各回路の合計抵抗が巻線のアクティブ抵抗に実質的に等しい場合です。回路の品質係数が非常に高いため、正弦波に近い形状の測定ブリッジを交流電流が流れます。ダイオード VD1、VD2 の存在により、回路電流は対応する半サイクルで開いた発電機トランジスタのエミッタ接合を直接流れます。この時点では、XNUMX 番目のトランジスタは閉じています。

矩形パルス発生器はほとんど無負荷で動作するため、起動時に最初のサイクルから始まる回路の電流は安定した値に達します。トランジスタはバイアスなしで動作します。これにより、ループ電流が「ゼロを横切る」瞬間の近くでスイッチングが保証されます。つまり、コンバータは、変位計の感度が最大になる共振モードで動作します。

精密変位計。センサー

図に図２は、メーターセンサー自体の設計を概略的に示している。コイルＬ１およびＬ２は、ギャップを設けて設置された磁気回路の２つのＷ字型要素２上に配置されている。要素間のギャップには、強磁性材料のプレートの形で作られたアーマチュア１があり、アーマチュアは、ロッカーアーム３によって、制御された機構の可動リンクに機械的に接続されている。

コンバータInの出力電流を決定する数式のタイプを決定するために、必要な理論的研究が実行され、その結果、次の簡略化された式が得られました。

精密変位計

In =（0,9Um/ХL+R）*（AwLo /（V（AwLo）2 + r2）
ここで、Um は電源電圧の振幅値、
XLはコンバータの1つのコイルの誘導抵抗、RはマイクロアンメータPXNUMXの抵抗です。
A=dh/h - 初期位置におけるアーマチュアと磁気回路の磁極との間のギャップに対するアーマチュアの変位の比 (図 2 を参照)。
L( ) - アーマチュアの中間位置における 1 つのコイルのインダクタンス、r - 2 つのコイルのアクティブ抵抗 (rXNUMX=rXNUMX);
wは発電機の角周波数です。

トランスデューサーの実験研究により、得られた式の妥当性が確認されました。変位計のインダクタンスの性能と技術的特性を確認するために、マイクロ気圧計測定システムの複合体でいくつかのプロトタイプサンプルの実験室テストが実行されました。電源電圧0,3V以上、温度範囲-5℃～+50℃において、発電機の確実な起動と安定動作が保証されています。低温でのメーターの動作は検証されていません。

コンバータの動作を不安定にする主な要因は、電源電圧と温度の変化です。したがって、コンバータには電圧安定器から電力を供給する必要があります。 + 5 ... 40°Cの範囲のデバイスの温度誤差は5°Cごとに10％を超えず、ゼロ点シフトはありません。これは、コンバータを使用して補償の不一致を示す場合に特に重要です。測定システム。

精密変位計。スケジュール

測定ブリッジコンデンサの静電容量が0,01〜0,18μFの範囲で変化すると、メーターの感度がわずかに変化します（図3）。この場合、共振周波数は自動的に設定され、直列LC回路のパラメータによって決定されます。作動ギャップ内の電機子の動きによって引き起こされる各巻線のインダクタンスの変化は、公称値の10％を超えません。電機子が中立位置から変位すると、一方の巻線のインダクタンスが増加し、もう一方の巻線のインダクタンスが同じ値だけ減少するため、共振周波数は実質的に変化しません。供給電圧にはほとんど依存しません。実験的研究の結果は、供給電圧が33％変化した場合、周波数ドリフトは0,25％を超えないことを示しています。

記載されているメーターは、デバイスのシンプルさ、効率、高い計測特性において既知のものとは異なり、リガの実験プラント「Gidrometpribor」によって製造された高精度マイクロバロメーターでうまく使用されています。他の技術分野での正確な変位測定に使用できます。

主な技術的特徴：

動作間隔、mm +-0,5
解像度、mm、悪くない.... 1E10-7
温度誤差、mm/°С 3Е10-3
消費電力、W. 。。 7E10-3

発電機トランスT1は、4NMフェライト製のSh4x2000磁気回路に巻かれ、100ターンのPEV-1ワイヤの0,12つの巻線が含まれています。センサーのコイルL1、L2は、それぞれ500ターンのワイヤーPEV-1で構成されています。センサーの磁気回路は、0,12NMフェライト製の4つのブロックШ4х2000です。 P1インジケータはM4205マイクロアンペアで、合計矢印偏向電流は30μAで、目盛りの中央はゼロです。

コイルを備えたセンサーの磁気回路の両方の部分は、エアギャップのサイズを変更できるネジ付きの特別なブラケットを使用してベースに取り付けられています。校正されたプレートを使用して取り付けられます。センサーアーマチュアはパーマロイ製で、断面は 5x0,3 mm です。

コンバータには、ほとんどすべての低電力トランジスタとダイオードを使用できます。ただし、シリコンデバイスの使用は、p-n接合間の電圧降下の増加に関連しており、供給電圧の増加が必要になります。

宗派と要素の種類。図の図に示されています。図1に示すように、メータの消費電流は約5mAで、センサの磁気回路のエアギャップ2h=1mm、微小電流計の抵抗0,5kΩでの感度は3,5μA/μmとほぼXNUMX倍高くなります。同等の初期条件下での既知のセンサーの感度よりも優れており、気圧計の可動要素の動きの精密測定の要件を満たします。

説明したデバイスを補償測定システムに使用する場合、電源電圧を安定させる必要はありません。

文学

ラジオ第5号、1986年

出版物：N。ボルシャコフ、rf.atnn.ru

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