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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misuratore di spostamento di precisione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore Uno dei modi promettenti per creare dispositivi di controllo dello spostamento ad alta precisione consiste nell'utilizzare trasduttori induttivi con una lettura digitale del risultato della misurazione. Noti misuratori di spostamento lineare induttivi, nei quali, per aumentare la sensibilità, viene utilizzato un rivelatore a transistor sensibile alla fase. Tali trasduttori hanno un coefficiente di trasmissione maggiorato solo in prossimità del punto di equilibrio del ponte di misura, e nel resto dell'intervallo di misura sono paragonabili in sensibilità ai dispositivi tradizionali. Vengono descritti dispositivi di controllo dello spostamento, in cui gli avvolgimenti del sensore sono inclusi in un ponte di misura con resistori di zavorra. Tali dispositivi senza messa a punto e ottimizzazione della modalità operativa non forniscono un'elevata precisione e stabilità dei risultati di misurazione. Noti anche convertitori induttivi di frequenza con avvolgimenti inclusi nel circuito oscillatorio del generatore di alta frequenza. La frequenza del segnale di uscita di tali trasduttori è proporzionale allo spostamento misurato. Tali dispositivi inoltre non presentano vantaggi in termini di sensibilità rispetto ad altri. Presso l'Istituto di Meccanica Geotecnica dell'Accademia delle Scienze della SSR ucraina, è stato sviluppato e studiato un semplice misuratore di spostamento induttivo, che fornisce elevata sensibilità, precisione e stabilità dei risultati di misurazione quando cambiano i parametri dei suoi elementi. Misuratore di spostamento induttivo (vedi diagramma in Fig. 1). contiene un convertitore con avvolgimenti differenziali L1, L2, un rilevatore di diodi ad anello VD3-VD6, un indicatore di uscita P1, un generatore di tensione ad onda quadra sui transistor VT1, VT2 e trasformatore T1.
Nel circuito di feedback positivo del generatore sono inclusi circuiti paralleli di avvolgimenti differenziali collegati in serie L1, L2, un sensore induttivo e condensatori C1, C2 del ponte di misura. Questa inclusione garantisce automaticamente che il trasduttore di spostamento funzioni in modalità risonante, cioè quando la reattanza induttiva è compensata dalla reattanza capacitiva e la resistenza totale di ciascun circuito è quasi uguale alla resistenza attiva degli avvolgimenti. Attraverso il ponte di misura scorre una corrente alternata, la sua forma è quasi sinusoidale, poiché il fattore di qualità del circuito è molto elevato. Grazie alla presenza dei diodi VD1, VD2, la corrente del circuito scorre direttamente attraverso la giunzione dell'emettitore del transistor del generatore, che è aperta nel semiciclo corrispondente. Il secondo transistor è chiuso in questo momento. Il generatore di impulsi rettangolare funziona praticamente senza carico, quindi, all'avvio, la corrente nel circuito, a partire dal primo ciclo, raggiunge un valore costante. I transistor funzionano senza polarizzazione, il che garantisce la loro commutazione vicino al momento in cui la corrente del circuito "attraversa lo zero", ovvero il convertitore funziona in modalità risonante, in cui la sensibilità del misuratore di spostamento è massima.
Sulla fig. 2 mostra schematicamente il progetto del sensore misuratore stesso. Le bobine L1 e L2 sono poste su due elementi a forma di W 2 del circuito magnetico installati con uno spazio vuoto. Nell'intercapedine tra gli elementi è ricavata un'armatura 1 realizzata a forma di lastra di materiale ferromagnetico, collegata meccanicamente mediante un bilanciere 3 all'articolazione mobile del meccanismo comandato. Per determinare il tipo di espressione matematica che determina la corrente di uscita del convertitore In, sono stati effettuati gli studi teorici necessari, a seguito dei quali è stata ottenuta la seguente formula semplificata:
In=(0,9Um/ХL+R) * (AwLo/(V(AwLo)2+r2)
Studi sperimentali del convertitore hanno confermato l'affidabilità dell'espressione ottenuta. Per verificare le prestazioni e le caratteristiche tecniche dell'induttanza del misuratore di spostamento, sono stati effettuati test di laboratorio su diversi campioni prototipo nel complesso del sistema di misurazione del microbarometro. È stato stabilito che l'avvio affidabile e il funzionamento stabile del generatore sono garantiti con una tensione di alimentazione di 0,3 V o più a temperature comprese tra -5 e +50 °C. Il funzionamento dello strumento a temperature più basse non è stato testato. I principali fattori che destabilizzano il funzionamento del convertitore sono le variazioni della tensione e della temperatura di alimentazione. Pertanto, il convertitore dovrebbe essere alimentato da uno stabilizzatore di tensione. L'errore di temperatura del dispositivo nell'intervallo da +5...40°C non supera il 5% ogni 10°C e non vi è alcuno spostamento del punto zero, il che è particolarmente importante quando si utilizza un convertitore per indicare la mancata corrispondenza nella compensazione sistemi di misura.
La sensibilità del misuratore cambia leggermente quando la capacità dei condensatori del ponte di misura cambia nell'intervallo da 0,01 a 0,18 μF (Fig. 3). In questo caso viene impostata automaticamente la frequenza di risonanza, determinata dai parametri dei circuiti della serie LC. La variazione dell'induttanza di ciascuno degli avvolgimenti, causata dal movimento dell'indotto nell'intervallo di lavoro, non supera il 10% del valore nominale. Poiché lo spostamento dell'indotto dalla posizione neutra provoca un aumento dell'induttanza di uno degli avvolgimenti e una diminuzione dell'induttanza dell'altro dello stesso valore, la frequenza di risonanza rimane praticamente invariata. Dipende molto poco dalla tensione di alimentazione. I risultati di studi sperimentali mostrano che quando la tensione di alimentazione cambia del 33%, la deriva in frequenza non supera lo 0,25%. Il misuratore descritto differisce da quelli noti per la semplicità del dispositivo, l'economia, le elevate caratteristiche metrologiche ed è utilizzato con successo nei microbarometri ad alta precisione prodotti dall'impianto sperimentale di Riga "Gidrometpribor". Può essere utilizzato per misurazioni di spostamento precise in altre aree della tecnologia. Principali caratteristiche tecniche:
Il trasformatore del generatore T1 è avvolto su un circuito magnetico Sh4x4 in ferrite 2000NM e contiene tre avvolgimenti da 100 spire di filo PEV-1 0,12. Le bobine L1, L2 del sensore sono composte da 500 spire di filo PEV-1 0,12 ciascuna. Il circuito magnetico del sensore è costituito da due blocchi Ш4х4 realizzati in ferrite 2000NM. L'indicatore P1 è un microamperometro M4205 con una corrente di deflessione totale della freccia di 30 μA e zero al centro della scala. Entrambe le parti del circuito magnetico del sensore con bobine sono fissate alla base mediante apposite staffe con viti che consentono di modificare la dimensione del traferro. Si installa tramite piastre calibrate. L'armatura del sensore è realizzata in permalloy e ha una sezione trasversale di 5x0,3 mm. Quasi tutti i transistor e diodi a bassa potenza possono essere utilizzati nel convertitore. Tuttavia, l'uso di dispositivi al silicio è associato ad un aumento della caduta di tensione attraverso le giunzioni p-n, che richiede un aumento della tensione di alimentazione. Con denominazioni e tipologie di elementi. indicato nello schema di Fig. 1, il misuratore consuma una corrente di circa 5 mA e la sua sensibilità con un traferro di 2h = 1 mm nel circuito magnetico del sensore e una resistenza del microamperometro di 0,5 kOhm è di 3,5 μA/μm, che è quasi dieci volte superiore rispetto alla sensibilità dei sensori noti in condizioni iniziali equivalenti e soddisfa i requisiti per le misurazioni di precisione del movimento degli elementi mobili degli strumenti barometrici. Quando si utilizza il dispositivo descritto in sistemi di misura di compensazione, non è necessario stabilizzare la tensione di alimentazione. Letteratura
Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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