устройство для измерения перемещений и деформаций

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ, содержащее пять датчиков перемещений, три из которых установлены на общей платформе так, что первый и второй включены дифференциально, а третий, включенный дифференциально первому, смещен относительно второго на известное расстояние, пять измерительных преобразователей, каждый из которых соединен с соответствующим датчиком, три блока деления, два блока умножения, два блока вычитания, один блок сложения, выход первого блока деления соединен с первыми входами первого и второго блоков умножения, выход первого блока вычитания соединен с первым входом второго блока деления, второй вход которого соединен с вторым входом третьего блока деления и подключен к выходу второго блока вычитания, выход второго блока деления подключен к второму входу первого блока умножения, выход первого блока сложения подключен к первому входу третьего блока деления, выход которого подключен к первому входу третьего блока деления, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения, а выход первого блока умножения является первым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, платформа выполнена П-образной, состоящей из двух полок и перекладины, первый датчик перемещения установлен на торце одной из полок, второй и третий - на торце другой полки, четвертый и пятый датчики перемещения закреплены независимо друг от друга и от платформы на одинаковом расстоянии от взаимно параллельных поверхностей полок платформы, один с внутренней, другой с внешней стороны соответствующей полки, и включены оба согласно или оба встречно первому или второму и третьему датчикам, а устройство снабжено третьим и четвертым блоками вычитания, вторым и третьим блоками сложения, четвертым блоком деления, третьим блоком умножения и блоком удвоения, выход первого измерительного преобразователя подключен к вычитающему входу первого блока вычитания, первому входу первого блока сложения и первому входу первого блока деления, выход второго измерительного преобразователя подключен к суммирующим входам первого и второго блоков вычитания и второму входу первого блока сложения, выход третьего измерительного преобразователя подключен к второму входу первого блока деления и вычитающему входу второго блока вычитания, выход четвертого измерительного преобразователя подключен к вычитающему входу третьего блока вычитания и первому входу второго блока сложения, к второму входу которого и суммирующему входу третьего блока вычитания подключен выход пятого измерительного преобразователя, выход третьего блока вычитания и второго блока сложения подключены к входам четвертого блока деления, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, к второму входу которого подключен второй выход блока памяти, третий выход которого и выход третьего блока умножения подключены к входам третьего блока сложения, выход которого подключен к суммирующему входу четвертого блока вычитания, к вычитающему входу которого подключен выход второго блока умножения, а выход четвертого блока вычитания подключен к входу блока удвоения, выход которого является вторым выходом устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений и деформаций объектов, подверженных температурным, упругим и другим деформациям.

Известно устройство для измерения перемещений и деформаций, содержащее пять датчиков перемещений, три из которых установлены на общей платформе так, что первый и второй включены дифференциально, а третий, включенный дифференциально первому, смещен относительно второго на известное расстояние, пять измерительных преобразователей, каждый из которых соединен с соответствующим датчиком, три блока деления, два блока умножения, два блока вычитания, один блок сложения, выход первого блока деления соединен с первыми входами первого и второго блоков умножения, выход первого блока вычитания соединен с первым входом второго блока деления, второй вход которого объединен с вторым входом третьего блока деления и подключен к выходу второго блока вычитания, выход второго блока деления подключен к второму входу первого блока умножения, выход первого блока сложения подключен к первому входу третьего блока деления, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения, а выход первого блока умножения является первым выходом устройства.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерения из-за деформации платформы, на которой установлены датчики.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения погрешности от изменения расстояния между противолежащими датчиками из-за деформации платформы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве платформа выполнена П-образной, состоящей из двух полок и перекладины, первый датчик перемещения установлен на торце одной из полок, второй и третий - на торце другой полки, четвертый и пятый датчики перемещения закреплены независимо друг от друга и от платформы на одинаковом расстоянии от взаимно параллельных поверхностей полок платформы, один с внутренней, другой с внешней стороны соответствующей полки и включены оба согласно или оба встречно первому или второму и третьему датчикам, а устройство снабжено третьим и четвертым блоками вычитания, вторым и третьим блоками сложения, четвертым блоком деления, третьим блоком умножения и блоком удвоения, выход первого измерительного преобразователя подключен к вычитающему входу первого блока вычитания, первому входу первого блока сложения и первому входу первого блока деления, выход второго измерительного преобразователя подключен к суммирующим входам первого и второго блоков вычитания и второму входу первого блока сложения, выход третьего измерительного преобразователя подключен к второму входу первого блока деления и вычитающему входу второго блока вычитания, выход четвертого измерительного преобразователя подключен к вычитающему входу третьего блока вычитания и первому входу второго блока сложения, к второму входу которого и суммирующему входу третьего блока вычитания подключен выход пятого измерительного преобразователя, выходы третьего блока вычитания и второго блока сложения подключены к входам четвертого блока деления, выход которого подключен к первому входу третьего блока умножения, к второму входу которого подключен второй выход блока памяти, третий выход которого и выход третьего блока умножения подключены к входам третьего блока сложения, выход которого подключен к суммирующему входу четвертого блока вычитания, к вычитающему входу которого подключен выход второго блока умножения, а выход четвертого блока вычитания подключен к входу блока удвоения, выход которого является вторым выходом устройства.

На чертеже приведена блок-cхема предлагаемого устройства.

Устройство содержит пять идентичных датчиков 1-5 перемещения. Три датчика 1-3 установлены дифференциально несимметрично на общей платформе 6, а два датчика 4 и 5 закреплены независимо друг от друга и от платформы 6 на одинаковом расстоянии от взаимно параллельных поверхностей полок платформы 6, датчик 4 - с внутренней, датчик 5 - с внешней стороны соответствующей полки и включены оба согласно или оба встречно первому 1 или второму 2 и третьему 3 датчикам. Устройство содержит также пять идентичных измерительных преобразователей 7-11, три блока 12-14 сложения, четыре блока 15-18 вычитания, три блока 19-21 умножения, четыре блока 22-25 деления, блок 26 памяти и блок 27 удвоения. Выход первого преобразователя 7 первого датчика 1 подключен к вычитающему входу первого блока 15 вычитания и первым входам первых блоков 12 и 22. Выход второго преобразователя 8 второго датчика 2 подключен к суммирующим входам первого и второго блоков 15 и 16 вычитания и второму входу первого блока 12 сложения. Выход третьего преобразователя 9 третьего датчика 3 подключен к второму входу первого блока 22 деления и вычитающему входу второго блока 16 вычитания. Выход четвертого преобразователя 10 четвертого датчика 4 подключен к вычитающему входу третьего блока 17 вычитания и первому входу второго блока 13 сложения. Выход пятого преобразователя 11 пятого датчика 5 подключен к суммирующему входу третьего блока 17 вычитания и второму входу второго блока 13 сложения. Выход первого блока 15 вычитания подключен к первому входу второго блока 23 деления, к второму входу которого и второму входу третьего блока 24 деления подключен выход второго блока 16 вычитания, а к первому входу третьего блока 24 деления подключен выход первого блока 12 сложения. Выходы второго и третьего блоков 23 и 24 деления подключены соответственно к первым входам первого и второго блоков 19 и 20 умножения, к вторым входам которых подключен выход первого блока 22 деления, а к третьим входам - первый выход блока 26 памяти. Выход первого блока 19 умножения является первым выходом устройства. Выходы третьего блока 17 вычитания и второго блока 13 сложения подключены к входам четвертого блока 25 деления, выход которого подключен к первому входу третьего блока 21 умножения, к второму входу которого подключен второй выход блока 26 памяти, третий выход которого и выход третьего блока 21 умножения подключены к входам третьего блока 14 сложения, выход которого подключен к суммирующему входу четвертого блока 18 вычитания, к вычитающему входу которого подключен выход второго блока 20 умножения, а выход четвертого блока 18 вычитания подключен к входу блока 27 удвоения, выход которого является вторым выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении и деформации контролируемого объекта сигналы на выходах измерительных преобразователей 7-11 определяются соответственно выражениями

Y₁=

(1)

Y₂=

(2) Y₃=

(3) Y₄=

(4) Y₅=

(5) где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от влияющих факторов, который вследствие идентичности датчиков 1-5 и измерительных преобразователей 7-11 для всех каналов меняется одинаково;

а = (Х_o-D)/2, где Х_o - номинальное расстояние между противолежащими датчиками 1 и 2, D - номинальная толщина контролируемого объекта;

Х_o - отклонение расстояния между противолежащими датчиками 1 и 2 от номинального Х_o из-за деформации платформы 6;

D - отклонение толщины контролируемого объекта от номинальной D из-за тепловых, упругих и других деформаций;

Х₁ - взаимное образцовое смещение второго 2 и третьего 3 датчиков перемещения относительно друг друга;

Х - перемещение контролируемого объекта относительно начального положения;

b - начальное расстояние от датчиков 4 и 5 до соответствующей поверхности платформы 6, на которой закреплены датчики 1-3;

Х₀₁ - перемещение соответствующей поверхности платформы 6 относительно датчика 4 из-за деформации платформы;

Х₀₂ - перемещение соответствующей поверхности платформы 6 относительно датчика 5 из-за деформации платформы;

Х_o = Х₀₁ + Х₀₂.

В частном случае в устройстве может быть реализовано и использовано следующее соотношение: а = b.

Сигналы с выходов первого 7 и второго 8 преобразователей поступают на входы первого блока 15 вычитания, на выходе которого получаем сигнал

Y₂-Y₁=

(6)

Сигналы с выходов второго 8 и третьего 9 преобразователей поступают на входы второго блока 16 вычитания, на выходе которого получаем

Y₂-Y₃=

(7)

Сигналы с выходов первого 7 и третьего 9 преобразователей поступают на входы первого блока 22 деления, на выходе которого получаем

=

(8)

Сигналы (6) и (7) с выходов первого 15 и второго 16 блоков вычитания поступают на входы второго блока 23 деления, на выходе которого сигнал становится равным

=

(9)

Сигналы (8) и (9) с выходов соответственно первого 22 и второго 23 блоков деления, а также сигнал Х₁/2 с выхода блока 26 памяти поступают на входы первого блока 19 умножения. В результате, на его выходе получают сигнал

X =

(10) характеризующий перемещение контролируемого объекта относительно начального положения.

Сигналы с выходов первого 7 и второго 8 преобразователей поступают на входы первого блока 12 сложения, на выходе которого сигнал становится равным

Y₂+Y₁=

(11)

Этот сигнал, а также сигнал (7) с выхода второго блока 16 вычитания поступают на входы третьего блока 24 деления, на выходе которого получаем

=

(12)

Сигнал (12), а также сигналы (8) с выхода первого блока 22 деления и Х₁/2 с первого выхода блока 26 памяти поступают на входы второго блока 20 умножения, на выходе которого получают

= a+ -

(13)

который поступает на вычитающий вход четвертого блока 18 вычитания.

Сигналы с выходов четвертого 10 и пятого 11 преобразователей поступают на входы третьего блока 17 вычитания и второго блока 13 сложения, на выходах которых соответственно получают сигналы

Y₅-Y₄=

(14)

Y₅+Y₄=

(15) которые поступают на входы четвертого блока 25 деления, на выходе которого получают = =

(16)

Этот сигнал и сигнал b с второго выхода блока 26 памяти поступают на входы третьего блока 21 умножения, на выходе которого получают

b =

(17)

Сигнал (17) и сигнал а с третьего выхода блока 26 памяти поступают на входы третьего блока 14 сложения, сигнал с выхода которого

a+b = a+

(18) поступает на суммирующий вход четвертого блока 18 вычитания, на выходе которого получают a+b - =

(19)

Этот сигнал поступает на вход блока 27 удвоения, сигнал на выходе которого

D = 2a+b -

(20) характеризует отклонение толщины контролируемого объекта от номинальной вследствие температурных, упругих и других деформаций.

Величина Х₁ - постоянная для данного устройства, обеспечивается достаточно легко вследствие небольшого ее значения. Величина а обеспечивается номинальными размерами платформы 6 и контролируемого объекта. Величина b обеспечивается при установке датчиков 4 и 5. Величина Х в соответствие с выражением (10) определяет перемещение контролируемого объекта относительно начального положения и не содержит погрешности от изменения под действием влияющих факторов коэффициентов К, деформаций D и Х_o соответственно контролируемого объекта и платформы 6.

Величина D, определяющая в соответствие с выражением (20) деформацию контролируемого объекта, не содержит погрешности от изменения под действием влияющих факторов коэффициентов К и деформации Х_o платформы 6 с датчиками 1-3. (56) Авторское свидетельство СССР N 1663396, кл. G 01 B 7/00, 1989.