Главная страница 1
скачать файл

УДК 531.714 ПТЭ № 4, 1988 ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ САПОТНИЦКИЙ А.Я. Описан высокостабильный емкостный преобразователь перемещений, включение которого в частотозадающую цепь кварцевого автогенератора позволило получить высокую стабильность и помехозащищенность. Получена стабильность частоты в течение одного часа 0,2 Гц, при этом погрешность измерений в диапазоне 0,5 - 6 мм не превышала 3 мкм. Применение данного преобразователя целесообразно там, где требуется долговременная стабильность параметров, а автоподстройка невозможна или затруднена. В ряде экспериментов по неразрушающему контролю тонкостенных конструкций информацию о протекающих процессах несет не только деформация объекта, но и скорость ее изменения. Высокие требования, предъявляемые таким экспериментом к точности, помехозащищенности и долговременной стабильности параметров, потребовали создания специализированного датчика перемещений. Известно, что емкостный преобразователь перемещений (е.п.п.) обладает потенциальной долговременной стабильностью [1, 2]. Включение е.п.п. в частотозадающую цепь автогенератора позволяет получить необходимую помехозащищенность [3]. При этом точность измерений в основном зависит от стабильности первичного датчика и автогенератора. Требуемую стабильность можно получить, если включить е.п.п. в частотозадающую цепь перестраиваемого кварцевого автогенератора. При разработке такого преобразователя были опробованы различные схемы перестраиваемых кварцевых генераторов [4]. Наилучшие результаты получены при использовании кварцевого генератора, собранного по схеме емкостной трехточки (рисунок). Конструктивно преобразователь представляет собой полый металлический цилиндр, внутри которого размещена печатная плата кварцевого автогенератора. На одном торце цилиндра расположена металлическая пластина, соединенная винтом с частотозадающей цепью генератора (ножкой кварцевого резонатора). Эта пластина изолирована от корпуса и является первой обкладкой е.п.п. Второй обкладкой является поверхность контролируемого объекта, соединенная с общей шиной схемы (землей). Изменение зазора между обкладками преобразуется в девиацию частоты, которая позволяет оценить состояние объекта. К недостаткам такого преобразователя следует отнести нелинейную зависимость изменения частоты автогенератора при изменении зазора. Для устранения этого недостатка и повышения чувствительности можно применить гетеродинирование. При этом величина измеряемого зазора будет пропорциональна периоду разностной частоты. В зависимости от площади пластины е.п.п. и резонансной частоты кварца подбирается частота гетеродина, обеспечивающая необходимую линейность в требуемом диапазоне перемещений [5]. Подбор параметров е.п.п. и частот осуществляется так, чтобы период разностной частоты изменялся на 1 мкс при изменении зазора на 1 мкм. Это позволяет повысить быстродействие установки и снизить аппаратные затраты. Для испытаний и снятия характеристик был изготовлен е.п.п. с площадью пластины S = 4,9 кв.cм и кварцем, резонансная частота которого F = 10,99 МГц. Частота гетеродина F г выбрана равной 11004900 Гц. Результаты испытаний приведены в таблице, в которой: d - контролируемый зазор (перемещение), Fа - выходная частота автогенератора с е.п.п., Fр = Fг - Fа - разностная частота, Т = = 1 / Fр - период разностной частоты. Полученный график функции Т близок к прямой линии вида: у = kd + b, где: b - постоянное смещение, равное в нашем случае 782 мкс. Путем предустановки кода b (в дополнительном коде) получаем на выходе счетчика информацию непосредственно в микрометрах. Это облегчает визуальный контроль за ходом эксперимента и уменьшает время, требуемое для принятия решения управляющей микроЭВМ. Для увеличения чувствительности в N раз измерение можно проводить путем подсчета тактовых импульсов за N периодов. При испытаниях определена максимальная нестабильность частоты в течение одного часа, равная 0,2 Гц, при этом погрешность измерений (D) в диапазоне 0,5 - 6 мм не превышала 3 мкм. Таблица

d, мкм

Fа, Гц

Fр, Гц

T, мкс

y, мкс

D = T - y, мкм

500

10 997 100

7800

1282,05

1282

0,05

1000

10 999 390

5610

1782,5

1782

0,5

2000

11 001 305

3595

2781,6

2782

-0,4

3000

11 002 255

2645

3780,7

3782

-1,3

4000

11 002 808

2092

4780,1

4782

-1,9

5000

11 003 170

1730

5780,3

5782

-1,7

6000

11 003 425

1475

6779,7

6782

-2,3

ЛИТЕРАТУРА 1. Проектирование датчиков для механических величин / Под ред. Е.П.Осадчего. М.: Машиностроение, 1979. 2. Jones R.V. // Контрольно-измерительная техника. 1973. № 38. С. 1. 3. Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников В.С. / Цифровые приборы с частотными датчиками. Л.: Энергия, 1970. 4. Сапотницкий А.Я., Комаров Г.Н., Ревенко Н.В., Самойлова Л.С. Отчет по НИР, Ростовский университет № 1716. Гос. регистр. № 81037815. Инв. № Б942946. М.: ВНТИЦ, 1981. 5. Комаров Г.Н., Сапотницкий А.Я. Гетеродинный метод линеаризации емкостных преобразователей перемещений. // Измерительная техника. 1984 № 4. С. 13. НИИ механики и прикладной математики Ростовского госуниверситета Поступила в редакцию 27.IV.1987
скачать файл



Смотрите также:
Высокостабильный емкостный преобразователь перемещений сапотницкий а. Я
49.01kb.
Расчет произвольной оболочки на основе мкэ в смешанной формулировке с учетом геометрической нелинейности
35.81kb.
Курсовой работы: Преобразователь скорости движения ленты конвейера из прорезиненной ткани
320.49kb.
Вопросы для подготовки к экзамену по сопротивлению материалов. Раздел VII. Косой изгиб и внецентренное растяжение-сжатие прямого стержня
32.09kb.