Déplacement de précision. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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L'un des moyens prometteurs de créer des dispositifs de contrôle de déplacement de haute précision consiste à utiliser des transducteurs inductifs avec une lecture numérique du résultat de la mesure. On connaît les compteurs à déplacement linéaire inductifs, dans lesquels, afin d'augmenter la sensibilité, un détecteur à transistor sensible à la phase est utilisé. De tels transducteurs ont un coefficient de transmission accru uniquement près du point d'équilibre du pont de mesure, et dans le reste de l'intervalle de mesure, ils sont comparables en sensibilité aux appareils traditionnels.

Des dispositifs de contrôle de déplacement sont décrits, dans lesquels les enroulements du capteur sont inclus dans un pont de mesure avec des résistances de ballast. De tels dispositifs sans réglage fin et optimisation du mode de fonctionnement ne fournissent pas une précision et une stabilité élevées des résultats de mesure. On connaît également des convertisseurs inductifs de fréquence avec des enroulements inclus dans le circuit oscillant du générateur haute fréquence. La fréquence du signal de sortie de tels transducteurs est proportionnelle au déplacement mesuré. De tels dispositifs n'ont pas non plus d'avantages en termes de sensibilité par rapport aux autres.

À l'Institut de mécanique géotechnique de l'Académie des sciences de la RSS d'Ukraine, un simple compteur de déplacement inductif a été développé et étudié, offrant une sensibilité, une précision et une stabilité élevées des résultats de mesure lorsque les paramètres de ses éléments changent. Déplacement inductif (voir schéma de la Fig. 1). contient un convertisseur avec des enroulements différentiels L1, L2, un détecteur à diode annulaire VD3-VD6, un indicateur de sortie P1, un générateur de tension carrée sur les transistors VT1, VT2 et le transformateur T1.

Des circuits parallèles d'enroulements différentiels connectés en série L1, L2, d'un capteur inductif et des condensateurs C1, C2 du pont de mesure sont inclus dans le circuit de rétroaction positive du générateur. Cette inclusion garantit automatiquement que le transducteur de déplacement fonctionne en mode résonant, c'est-à-dire lorsque la réactance inductive est compensée par une réactance capacitive et que la résistance totale de chaque circuit est presque égale à la résistance active des enroulements. Un courant alternatif circule à travers le pont de mesure, sa forme est proche de la sinusoïdale, car le facteur de qualité du circuit est très élevé. Grâce à la présence des diodes VD1, VD2, le courant du circuit traverse directement la jonction émetteur du transistor générateur, qui est ouverte dans l'alternance correspondante. Le deuxième transistor est actuellement fermé.

Le générateur d'impulsions rectangulaires fonctionne presque sans charge, par conséquent, lors de son démarrage, le courant dans le circuit, à partir du tout premier cycle, atteint une valeur constante. Les transistors fonctionnent sans polarisation, ce qui assure leur commutation près du moment où le courant de boucle "passe par zéro", c'est-à-dire que le convertisseur fonctionne en mode résonnant, dans lequel la sensibilité du compteur de déplacement est maximale.

Sur la fig. 2 montre schématiquement la conception du capteur du compteur lui-même. Les bobines L1 et L2 sont placées sur deux éléments en forme de W 2 du circuit magnétique installés avec un entrefer. Dans l'interstice des éléments se trouve une armature 1 réalisée sous la forme d'une plaque en matériau ferromagnétique L'armature est reliée mécaniquement par un culbuteur 3 à la biellette mobile du mécanisme commandé.

Pour déterminer le type d'expression mathématique qui détermine le courant de sortie du convertisseur In, les études théoriques nécessaires ont été effectuées, à la suite desquelles la formule simplifiée suivante a été obtenue:

In=(0,9Um/ÜL+R) * (AwLo/(V(AwLo)2+r2)
où Um est la valeur d'amplitude de la tension d'alimentation,
XL est la résistance inductive d'une bobine du convertisseur, R est la résistance du microampèremètre P1 ;
A=dh/h - le rapport entre le déplacement de l'induit et l'écart entre l'induit et le pôle du circuit magnétique dans la position initiale (voir Fig. 2).
L( ) - inductance d'une bobine en position médiane de l'induit, r - résistance active d'une bobine (r1=r2) ;
w est la fréquence angulaire du générateur.

Des études expérimentales du convertisseur ont confirmé la fiabilité de l'expression obtenue. Pour vérifier les performances et les caractéristiques techniques de l'inductance du volumétrique, des tests en laboratoire de plusieurs échantillons prototypes ont été effectués dans le complexe du système de mesure du microbaromètre. Il a été établi qu'un démarrage fiable et un fonctionnement stable du générateur sont assurés à une tension d'alimentation de 0,3 V ou plus à des températures allant de -5 à +50 °C. Le fonctionnement du compteur à des températures plus basses n'a pas été testé.

Les principaux facteurs qui déstabilisent le fonctionnement du convertisseur sont les variations de la tension d'alimentation et de la température. Par conséquent, le convertisseur doit être alimenté par un stabilisateur de tension. L'erreur de température de l'appareil dans la plage de + 5 à 40 ° C ne dépasse pas 5% pour chaque 10 ° C, et il n'y a pas de décalage du point zéro, ce qui est particulièrement important lors de l'utilisation d'un convertisseur pour indiquer une inadéquation dans la compensation systèmes de mesure.

La sensibilité du compteur change légèrement lorsque la capacité des condensateurs du pont de mesure change dans la plage de 0,01 à 0,18 μF (Fig. 3). Dans ce cas, la fréquence de résonance est réglée automatiquement, déterminée par les paramètres des circuits LC série. La variation de l'inductance de chacun des enroulements, provoquée par le mouvement de l'induit dans l'espace de travail, ne dépasse pas 10% de la valeur nominale. Le déplacement de l'induit de la position neutre provoquant une augmentation de l'inductance de l'un des enroulements et une diminution de l'inductance de l'autre de la même valeur, la fréquence de résonance reste pratiquement inchangée. Elle dépend très peu de la tension d'alimentation. Les résultats des études expérimentales montrent que lorsque la tension d'alimentation change de 33%, la dérive de fréquence ne dépasse pas 0,25%.

Le compteur décrit diffère des compteurs connus par la simplicité de l'appareil, l'efficacité, les caractéristiques métrologiques élevées et est utilisé avec succès dans les microbaromètres de haute précision fabriqués par l'usine expérimentale de Riga "Gidrometpribor". Il peut être utilisé pour des mesures de déplacement précises dans d'autres domaines de la technologie.

Caractéristiques techniques principales:

• Intervalle de mouvement de travail, mm +-0,5
• Résolution, mm, pas pire que ......... 1E10-7
• Erreur de température, mm/°C 3E10-3
• Consommation d'énergie, W. . . 7E10-3

Le transformateur générateur T1 est enroulé sur un circuit magnétique Sh4x4 en ferrite 2000NM et contient trois enroulements de 100 tours de fil PEV-1 0,12. Les bobines L1, L2 du capteur sont constituées de 500 spires de fil PEV-1 0,12 chacune. Le circuit magnétique du capteur est constitué de deux blocs Ш4х4 en ferrite 2000NM. L'indicateur P1 est un microampèremètre M4205 avec un courant de déviation de flèche total de 30 μA et zéro au milieu de l'échelle.

Les deux parties du circuit magnétique du capteur avec bobines sont fixées à la base à l'aide de supports spéciaux avec des vis qui vous permettent de modifier la taille de l'entrefer. Il est installé à l'aide de plaques calibrées. L'armature du capteur est en permalloy et a une section de 5x0,3 mm.

Presque tous les transistors et diodes de faible puissance peuvent être utilisés dans le convertisseur. Cependant, l'utilisation de dispositifs au silicium est associée à une augmentation de la chute de tension aux bornes des jonctions p-n, ce qui nécessite une augmentation de la tension d'alimentation.

Avec dénominations et types d'éléments. indiqué sur le schéma de la Fig. 1, le compteur consomme un courant d'environ 5 mA, et sa sensibilité avec un entrefer de 2h = 1 mm dans le circuit magnétique du capteur et une résistance microampèremétrique de 0,5 kOhm est de 3,5 μA/μm, ce qui est presque dix fois plus élevé que la sensibilité des capteurs connus dans des conditions initiales équivalentes et répond aux exigences de mesures de précision du mouvement des éléments mobiles des instruments barométriques.

Lors de l'utilisation de l'appareil décrit dans des systèmes de mesure de compensation, il n'est pas nécessaire de stabiliser la tension d'alimentation.

littérature

1. Radio n ° 5, 1986

Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru

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