устройство для измерения угла поворота объекта

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ОБЪЕКТА, содержащее преобразователь угла поворота в электрический сигнал, генератор переменного тока и блок измерения, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, преобразователь угла поворота выполнен в виде изогнутого по дуге окружности отрезка трубы, закрытой с двух сторон пробками с размещенными в ней рассеивателями в виде двух игл, расположенных под углом друг к другу, отражателя в виде стального шарика, пьезокерамической пластины с металлическими обкладками, укрепленной на одной из пробок и постоянного магнита, предназначенного для установки на объекте контроля, генератор переменного тока выполнен в виде высокочастотного модулируемого электронного генератора, а блок обработки выполнен в виде резонансного приемника, схемы управления, счетчика импульсов, шины данных и шины управления, пьезокерамическая пластина соединена с первым выходом генератора и подключена к входу резонансного приемника, выход которого соединен с входом схемы управления, первый выход которой подключен к первому модулирующему входу генератора, второй выход соединен с вторым модулирующим входом генератора, третий выход схемы управления соединен с входом установки счетчика, съемный вход которого соединен с вторым выходом генератора, четвертый выход схемы управления объединен с выходом счетчика и подключен к шине данных, а пятый выход схемы управления соединен с шиной управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения угла поворота, и может быть использовано в газовой промышленности, например, для измерения угла поворота пробки крана-регулятора.

Известен преобразователь давления потенциометрический ПбЭ10 (разработка КФ СКБ "Союзгазавтоматика"). В качестве преобразователя угла в электрический сигнал в известном устройстве используется проволочный потенциометр, вал которого соединяется с осью крана. Выходной сигнал известного устройства аналоговый в виде напряжения, изменяющегося пропорционально углу поворота.

Недостатками этого устройства являются низкая надежность и ограниченный срок службы трущегося контакта, что создает большие эксплуатационные неудобства при использовании известного устройства в кранах-регуляторах, применяемых для поддержания необходимого расхода газа на газовых промыслах и подземных газовых хранилищах.

Кран-регулятор должен длительное время находиться в работающем состоянии, и любая его остановка на ремонт приводит к прекращению подачи газа, т. е. к экономическим потерям.

Характер работы крана связан с перемещениями рабочего тела крана (пробки) в пределах небольшого угла (от 0 до 90^о), поэтому на потенциометрическом преобразователе известного устройства наблюдается локальный износ.

Известно также устройство для преобразования угла поворота в электрический сигнал, состоящее из преобразователя угла поворота в электрический сигнал, источника опорного напряжения, селектора октантов переключателя, двух демодуляторов, блока деления, двух масштабных усилителей источника эталонного сигнала и выключателя, состоящего из двух сумматоров и двух управляемых масштабных усилителей (авт.св. 1527489, кл. G 01 B 7/30, 1985).

Недостатками известного устройства являются его сложность и необходимость высокого уровня стабилизации опорных напряжений.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что преобразователь угла поворота выполнен в виде изогнутого по дуге окружности отрезка трубы, закрытой с двух сторон пробками, с размещенными в ней рассеивателями в виде двух игл, расположенных под углом друг к другу, отражателя в виде стального шарика, пьезокерамической пластины с металлическими обкладками, укрепленной на одной из пробок и постоянного магнита, предназначенного для установки на объекте контроля, генератор переменного тока выполнен в виде высокочастотного модулируемого электронного генератора, а блок обработки выполнен в виде резонансного приемника, схемы управления, счетчика импульсов, шины данных и шины управления, пьезокерамическая пластина соединена с первым выходом генератора и подключена к входу резонансного приемника, выход которого соединен с входом схемы управления, первый выход которой подключен к первому модулирующему входу генератора, второй выход соединен с вторым модулирующим входом генератора, третий выход схемы управления соединен с входом установки счетчика, счетный вход которого соединен с вторым выходом генератора, четвертый выход схемы управления объединен с выходом счетчика и подключен к шине данных, а пятый выход схемы управления соединен с шиной управления.

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 циклограмма работы устройства.

Устройство для измерения угла поворота объекта состоит из изогнутого по дуге окружности отрезка немагнитной трубы 1, закрытой с двух сторон пробками 2, 3, пьезокерамической пластины 4 с металлическими обкладками, укрепленной на одной из пробок, отражателя в виде стального шарика 5, с размещенными внутри отрезка трубы 1 рассеивателями в виде двух игл 6 и 7, расположенных под углом друг к другу, постоянного магнита 8, предназначенного для установки на объекте контроля, генератора 9 переменного тока, выполненного в виде высокочастотного модулируемого электронного генератора, блока обработки, выполненного в виде резонансного приемника 10, схемы 11 управления, счетчика 12 импульсов, шины 13 данных и шины 14 управления.

Устройство работает следующим образом.

Трубка 1 из немагнитного материала изогнута по дуге окружности на угол, превышающий на 20-30^о рабочее значение угла поворота пробки крана. К металлическим обкладкам присоединены провода, выведенные через пробку наружу. На угловом расстоянии, например 10^о от пьезокерамической пластины 4, установлен первый рассеиватель в виде тонкой иглы 6. На угловом расстоянии, например 10^о от обращенной к пьезокерамической пластине 4 кромки иглы 6, размещен второй рассеиватель в виде тонкой иглы 7. В пространстве между вторым рассеивателем 7 и пробкой 2 помещен отражатель в виде стального шарика 5, обладающего свободой перемещений в трубе 1. Отражатель в виде стального шарика 5 через магнитное поле связан с постоянным магнитом 8, установленным на объекте контроля, в нашем случае на оси пробки крана. При повороте оси перемещающийся с осью постоянный магнит 8 увлекает за собой через силовые линии стальной шарик 5. Стальной шарик перемещается внутри немагнитной трубки 1, и расстояние от пьезокерамической пластины 4 до шарика 5 изменяется при изменении угла поворота оси.

Схема 11 управления представляет собой программируемый автомат, например однокристалльную ЭВМ. После подачи питания на выходе 3 схемы 11 управления появляется импульс сброса в ноль счетчика 12 импульсов (сигнал СУ-3 на фиг. 2), затем на выходах 1 и 2 (СУ-1 и СУ-2) появляются сигналы высокого уровня, разрешающие формирование на выходах 1 и 2 генератора 9 переменного тока импульсов для возбуждения высокочастотных колебаний в пьезокерамической пластине 4 и импульсов для измерения времени на счетный вход счетчика 12 импульсов.

Высокочастотные колебания пьезокерамической пластины 4 преобразуются ею в ультразвуковую волну, распространяющуюся по трубе 1 как по волноводу в сторону стального шарика 5. Импульс СУ-1 с первого выхода схемы 11 управления прерывается в момент времени, не превышающий времени движения ультразвуковой волны от пьезокерамической пластины 4 до иглы 6.

Достигнув иглы 6, ультразвуковая волна частично отражается в сторону пьезокерамической пластины 4, достигает ее и преобразуется ею в электрический высокочастотный сигнал. Этот сигнал с пьезокерамической пластины 4 поступает на вход резонансного приемника 10, усиливается и детектируется им и поступает на информационный вход схемы 11 управления. Время двойного хода волны в трубе измеряется счетчиком 12 импульсов. После приема первого отраженного сигнала схема 11 управления вводит по шине 13 данных код t₁ из счетчика 12 импульсов и хранит его.

Через некоторое время ультразвуковая волна достигает второй иглы 7, отражается от нее и так же, как первая, преобразуется в электрический сигнал, который с выхода резонансного приемника 10 поступает на вход схемы 11 управления. Схема 11 управления, обнаружив второй отраженный сигнал, через шину 13 данных вводит с выходов счетчика 12 код времени t₂ двойного хода в трубе 1 второго импульса и запоминает его.

Разница t₂ t₁ соответствует времени двойного хода волны между иглами 6 и 7, угловое расстояние между которыми _э.

Основная энергия ультразвуковой волны распространяется в сторону стального шарика 5, достигает его, отражается и двигается в сторону пьезокерамической пластины 4. Пьезокерамическая пластина 4 преобразует отраженный ультразвук в электрический сигнал. С выхода резонансного приемника 10 сигнал поступает на вход схемы 11 управления. Обнаружив третий отраженный сигнал, схема 11 управления вводит код времени t₃ из счетчика 12 (отпирание выходов счетчика 12 импульсов производится схемой управления по цепи, на фиг.1 не показанной), и прекращается выдача сигнал СУ-2, управляющего выдачей, на счетный вход счетчика 12 импульсов с эталонной частотой следования с генератора 9.

После ввода трех значений времени t₁, t₂, t₃ с выхода счетчика 12 импульсов схема 11 управления производит вычисление значения кода, соответствующего углу _x поворота оси

_x= _э

После окончания вычислений схема 11 управления выдает на шину 13 данных код результата измерений, а на шину 14 управления сигнал "Готовность" и ожидает "квитанцию подтверждения приема" от информационного устройства, использующего информацию об измеренном угле.