Один з перспективних шляхів створення високоточних приладів контролю переміщення – використання індуктивних перетворювачів з цифровим відліком результату вимірювання. Відомі індуктивні вимірювачі лінійного переміщення, у яких з метою підвищення чутливості використаний фазочуттєві детектор на транзисторах. Такі перетворювачі мають підвищений коефіцієнт передачі тільки поблизу точки рівноваги вимірювального моста, а в решті частини вимірювального інтервалу вони порівнянні по чутливості з традиційними пристроями. Описані пристрої для контролю переміщення, в яких обмотки датчика включені у вимірювальний міст з баластними резисторами. Такі пристрої без точної настройки та оптимізації режиму роботи не забезпечують високої точності і стабільності результатів вимірювання. Відомі також частотні перетворювачі індуктивні з обмотками, включеними в коливальний контур генератора високої частоти. Частота вихідного сигналу таких перетворювачів пропорційна вимірюваному переміщенню. Подібні пристрої також не мають переваг чутливості в порівнянні з іншими. В Інституті геотехнічної механіки АН УРСР розроблено та досліджено простий індуктивний вимірювач переміщення, що забезпечує високу чутливість, точність і стабільність результатів вимірювання при зміні параметрів його елементів. Індуктивний вимірювач переміщення (див. схему на рис. 1). містить перетворювач з диференціальними обмотками LI, L2, кільцевої діодний детектор VD3-VD6, вихідний індикатор Р1, генератор прямокутного напруги на транзисторах VT1, VT2 і трансформаторі Т1.
 


Паралельні ланцюги послідовно з'єднаних диференціальних обмоток LI, L2, індуктивного датчика та конденсаторів С1, С2 вимірювального моста включені в ланцюг позитивного зворотного зв'язку генератора. Таке включення автоматично забезпечує роботу перетворювача переміщень в резонансній режимі, тобто коли індуктивний опір скомпенсовані ємнісним і повний опір кожній ланцюга практично дорівнює активного опору обмоток. Через вимірювальний міст протікає змінний струм, за формою близький до синусоїдальний, оскільки добротність контуру вельми висока. Завдяки наявності діодів VD1, VD2 струм контуру безпосередньо протікає через емітерний перехід відкритого у відповідний напівперіод транзистора генератора. Другий транзистор в цей час закритий. Генератор прямокутних імпульсів працює практично без навантаження, тому при його запуску струм в контурі, починаючи з першого ж такту, досягає усталеного значення. Транзистори працюють без зміщення, що забезпечує їх перемикання поблизу моменту переходу струму контуру "через нуль", тобто перетворювач працює в резонансній режимі, при якому чутливість вимірювача переміщення максимальна.

На рис. 2 схематично зображена конструкція власне датчика вимірювача. Котушки L1 і L2 розміщені на двох Ш-образних елементах 2 маг-нітопровода, встановлених з зазором. У зазорі між елементами розміщений якір 1, виготовлений у вигляді пластини з феромагнітного матеріалу, Якір механічно пов'язують коромислом 3 з переміщається ланкою контрольованого механізму. Для визначення виду математичного виразу, що визначає вихідний струм перетворювача In, проведені необхідні теоретичні дослідження, в результаті яких отримана наступна спрощена формула:


In = (0,9 Um / ХL + R) * (AwLo / (V (AwLo) 2 + r2)
де Um – амплітудне значення напруги живлення,
XL-індуктивний опір однієї котушки перетворювача, R-опір мікроамперметра Р1;
A = dh / h – відношення зміщення якоря до зазору між якорем і полюсом магнітопровода у вихідному положенні (див. мал. 2).
L () – індуктивність однієї котушки при середньому положенні якоря, r – активний опір однієї котушки (r1 = r2);
w – кутова частота генератора. Експериментальні дослідження перетворювача підтвердили достовірність отриманого виразу. Для перевірки працездатності і технічних характеристик індуктивності вимірювача переміщення проведені лабораторні випробування декількох макетних зразків у комплексі вимірювальної системи мікробарометра. Встановлено, що надійний запуск і стійка робота генератора забезпечуються при напрузі джерела харчування 0,3 В і більше при температурі в межах від -5 до +50 ° С. Робота вимірювача при більш низькій температурі не перевірялася. Основні фактори, що дестабілізують роботу перетворювача, – зміна напруги живлення і температури. Тому живити перетворювач слід від стабілізатора напруги. Температурна похибка пристрою в інтервалі від +5 … 40 ° C не перевищує 5% на кожні 10 ° С, причому зміщення нульової точки відсутній, що особливо важливо при використанні перетворювача для індикації неузгодженості в компенсаційних вимірювальних системах.
 


Чутливість вимірювача змінюється незначно при зміні ємності конденсаторів вимірювального моста в межах від 0,01 до 0,18 мкФ (рис. 3). При цьому автоматично встановлюється резонансна частота, яка визначається параметрами послідовних LC-ланцюгів. Зміна індуктивності кожної з обмоток, викликане переміщенням якоря у робочому зазорі, не перевищує 10% номінального значення. Оскільки зсув якоря від нейтрального положення викликає збільшення індуктивності однієї з обмоток і зменшення індуктивності другий на одне і те ж значення, то резонансна частота практично не змінюється. Від напруги живлення вона залежить дуже слабо. Результати експериментальних досліджень показують, що при зміні напруги живлення на 33% догляд частоти не перевищує 0,25%. Описаний вимірювач відрізняється від відомих простотою пристрою, економічністю, високими метрологічними характеристиками і з успіхом застосовується у високоточних мікробарометpax, що випускаються ризьким дослідним заводом "Гідрометпрібор". Він може бути використаний при точних вимірах переміщення і в інших областях техніки. Основні технічні характеристики Робочий інтервал переміщення, мм + -0,5 Роздільна здатність, мм, не гірше ……… 1Е10-7 Температурна похибка, мм / ° С 3Е10-3 Споживана потужність, Вт . . 7Е10-3 Трансформатор Т1 генератора намотаний на магнітопроводі Ш4х4 з фериту 2000НМ і містить три обмотки по 100 витків дроту ПЕВ-1 0,12. Котушки L1, L2 датчика складаються з 500 витків дроту ПЕВ-1 0,12 кожна. Магнітопроводи датчика – два блоки Ш4х4 з фериту 2000НМ. Індикатор Р1 – мікроамперметр М4205 зі струмом повного відхилення стрілки 30 мкА і нулем посередині шкали. Обидві частини магнітопровода датчика з котушками кріплять до основи за допомогою спеціальних скоб з гвинтами, що дозволяють змінювати величину повітряного зазору. Його встановлюють за допомогою каліброваних пластин. Якір датчика виготовлений з пермаллоя і має переріз 5х0, 3 мм. У перетворювачі можуть бути використані практично будь-які малопотужні транзистори і діоди. Однак застосування кремнієвих приладів пов'язано зі збільшенням падіння напруги на р-n переходах, що вимагає збільшення напруги живлення. При номіналах і типах елементів. зазначених на схемі рис. 1, вимірювач споживає струм близько 5 мА, а його чутливість при повітряному зазорі 2h = 1 мм в магнітопроводі датчика і опорі мікроамперметра 0,5 кОм дорівнює 3,5 мкА / мкм, що майже в десять разів перевищує чутливість відомих датчиків при рівнозначних початкових умовах і відповідає вимогам прецизійних вимірювань переміщення рухомих елементів барометричних приладів. При використанні описаного приладу в компенсаційних вимірювальних системах стабілізувати напруга живлення не потрібне. Джерело: РАДІО № 5. 1986