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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Medidor de deslocamento de precisão. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Uma das maneiras promissoras de criar dispositivos de controle de deslocamento de alta precisão é usar transdutores indutivos com leitura digital do resultado da medição. Conhecidos medidores de deslocamento linear indutivo, nos quais, para aumentar a sensibilidade, é usado um detector de transistor sensível à fase. Esses transdutores têm um coeficiente de transmissão aumentado apenas próximo ao ponto de equilíbrio da ponte de medição e, no restante do intervalo de medição, são comparáveis em sensibilidade aos dispositivos tradicionais. São descritos dispositivos de controle de deslocamento, nos quais os enrolamentos do sensor são incluídos em uma ponte de medição com resistores de lastro. Tais dispositivos sem ajuste fino e otimização do modo de operação não fornecem alta precisão e estabilidade dos resultados da medição. Também conhecidos conversores indutivos de frequência com enrolamentos incluídos no circuito oscilatório do gerador de alta frequência. A frequência do sinal de saída de tais transdutores é proporcional ao deslocamento medido. Tais dispositivos também não apresentam vantagens em sensibilidade em comparação com outros. No Instituto de Mecânica Geotécnica da Academia de Ciências do SSR Ucraniano, foi desenvolvido e estudado um medidor de deslocamento indutivo simples, que garante alta sensibilidade, precisão e estabilidade dos resultados da medição quando os parâmetros de seus elementos mudam. Medidor de deslocamento indutivo (ver diagrama na Fig. 1). contém um conversor com enrolamentos diferenciais L1, L2, um detector de diodo em anel VD3-VD6, um indicador de saída P1, um gerador de tensão retangular baseado nos transistores VT1, VT2 e no transformador T1.
Circuitos paralelos de enrolamentos diferenciais conectados em série L1, L2, um sensor indutivo e capacitores C1, C2 da ponte de medição estão incluídos no circuito de feedback positivo do gerador. Tal inclusão garante automaticamente o funcionamento do transdutor de deslocamento no modo ressonante, ou seja, quando a resistência indutiva é compensada pela capacitiva e a resistência total de cada circuito é praticamente igual à resistência ativa dos enrolamentos. Uma corrente alternada flui através da ponte de medição, que tem uma forma quase senoidal, pois o fator de qualidade do circuito é muito alto. Devido à presença dos diodos VD1, VD2, a corrente do circuito flui diretamente pela junção do emissor do transistor gerador aberto no meio ciclo correspondente. O segundo transistor é fechado neste momento. O gerador de pulso retangular opera praticamente sem carga, portanto, quando é acionado, a corrente no circuito, desde o primeiro ciclo, atinge um valor constante. Os transistores operam sem polarização, o que garante seu chaveamento próximo ao momento em que a corrente do loop "cruza zero", ou seja, o conversor opera em modo ressonante, no qual a sensibilidade do medidor de deslocamento é máxima.
Na fig. 2 mostra esquematicamente o projeto do próprio sensor do medidor. As bobinas L1 e L2 são colocadas em dois elementos em forma de W 2 do circuito magnético instalado com uma folga. No vão entre os elementos existe uma armadura 1 feita na forma de uma placa de material ferromagnético, A armadura está ligada mecanicamente por um balancim 3 ao elo móvel do mecanismo controlado. Para determinar o tipo de expressão matemática que determina a corrente de saída do conversor In, foram realizados os estudos teóricos necessários, pelo que se obteve a seguinte fórmula simplificada:
In=(0,9Um/ХL+R) * (AwLo/(V(AwLo)2+r2)
Estudos experimentais do transdutor confirmaram a validade da expressão obtida. Para verificar o desempenho e as características técnicas da indutância do medidor de deslocamento, foram realizados testes de laboratório de várias amostras protótipo no complexo do sistema de medição do microbarômetro. Foi estabelecido que a partida confiável e a operação estável do gerador são garantidas em uma tensão de alimentação de 0,3 V ou mais em temperaturas variando de -5 a +50 °C. A operação do medidor em temperaturas mais baixas não foi verificada. Os principais fatores que desestabilizam o funcionamento do conversor são as mudanças na tensão de alimentação e na temperatura. Portanto, o conversor deve ser alimentado por um estabilizador de tensão. O erro de temperatura do dispositivo na faixa de +5...40°C não excede 5% a cada 10°C, e não há deslocamento do ponto zero, o que é especialmente importante ao usar um conversor para indicar incompatibilidade na compensação sistemas de medição.
A sensibilidade do medidor muda ligeiramente quando a capacitância dos capacitores da ponte de medição muda na faixa de 0,01 a 0,18 μF (Fig. 3). Neste caso, a frequência ressonante é ajustada automaticamente, determinada pelos parâmetros dos circuitos LC série. A variação da indutância de cada um dos enrolamentos, causada pelo movimento da armadura na folga de trabalho, não ultrapassa 10% do valor nominal. Como o deslocamento da armadura da posição neutra causa um aumento na indutância de um dos enrolamentos e uma diminuição na indutância do outro no mesmo valor, a frequência de ressonância permanece praticamente inalterada. Depende muito pouco da tensão de alimentação. Os resultados de estudos experimentais mostram que quando a tensão de alimentação muda em 33%, o desvio de frequência não excede 0,25%. O medidor descrito difere dos conhecidos na simplicidade do dispositivo, economia, altas características metrológicas e é usado com sucesso em microbarômetros de alta precisão fabricados pela planta experimental de Riga "Gidrometpribor". Ele pode ser usado para medições precisas de deslocamento em outras áreas da tecnologia. Principais características técnicas:
O transformador gerador T1 é enrolado em um circuito magnético Sh4x4 feito de ferrite 2000NM e contém três enrolamentos de 100 voltas de fio PEV-1 0,12. As bobinas L1, L2 do sensor consistem em 500 voltas de fio PEV-1 0,12 cada. O circuito magnético do sensor é de dois blocos Ø4х4 feitos de ferrite de 2000NM. O indicador P1 é um microamperímetro M4205 com uma corrente total de deflexão da seta de 30 μA e zero no meio da escala. Ambas as partes do circuito magnético do sensor com bobinas são fixadas na base por meio de suportes especiais com parafusos que permitem alterar o tamanho do entreferro. É instalado usando placas calibradas. A armadura do sensor é feita de permalloy e tem uma seção transversal de 5x0,3 mm. Quase todos os transistores e diodos de baixa potência podem ser usados no conversor. No entanto, o uso de dispositivos de silício está associado a um aumento na queda de tensão nas junções p-n, o que requer um aumento na tensão de alimentação. Com denominações e tipos de elementos. mostrado no diagrama da Fig. 1, o medidor consome uma corrente de cerca de 5 mA, e sua sensibilidade com um entreferro de 2h=1 mm no circuito magnético do sensor e uma resistência de microamperímetro de 0,5 kΩ é de 3,5 μA/μm, o que é quase dez vezes maior do que a sensibilidade de sensores conhecidos em condições iniciais equivalentes e atende aos requisitos para medições de precisão do movimento de elementos móveis de instrumentos barométricos. Ao usar o dispositivo descrito em sistemas de medição de compensação, não é necessário estabilizar a tensão de alimentação. Literatura
Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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