Способ градуировки индуктивного преобразователя перемещений

 

СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ИНДУКТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащего обмотку и магнитопровод, заключающийся в том, что измеряют выходаые сигналы преобразователя в зависимости от перемещения при питании его от источника переменного тока, по которым определяют характеристику преобразования, отличающийся тем, что, с целью уменьщения температурной погрешности измерения, предварительно измеряют частотные характеристики преобразователя при нескольких температурах в пределах заданного температурного диапазона,по которым определяют оптимальную частоту питания преобразователя, соответствующую области пересечения его частотных характеристик, и используют эту частоту для (Л питания преобразователя. ЛЧ5в

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) {11

4(51) G 01 В 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

З7И

ЗЯО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3624630/35-28 (22) 21.07.83 (46) 30.04.85. Бюл. N 16 (72) В. В. Лебединский, Ю. В. Милосердии и Н, Ф. Чеботарев (71) Московский ордена Трудового Красного

Знамени инженерно-физический институт (53) 621.317.39:531.71 (088.8) (56) 1. Федотов А. В. Расчет и проектирование индуктивных измерительных устройств.

М., "Машиностроение", 1979, с. 37. . 2, Середенин В. И. Измерительные устройства с высокотемпературными трансформаторными датчиками перемещения. Л., "Энергия", 1968, с. 63 — 75 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ИНДУКТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащего обмотку и магнитопровод, заключающийся в том, что измеряют выходные сигналы преобразователя в зависимости от перемещения при питании его от источника переменного тока, по которым определяют характеристику преобразования, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности измерения, предварительно измеряют частотные характеристи. ки преобразователя при нескольких температурах в пределах заданного температурного диапазона,по которым определяют оптимальную частоту питания преобразователя, соответствующую области пересечения его частотных характеристик, и используют зту частоту для питания преобразователя.

1153231

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машино- или приборостроении, а также в научных экспериментах по исследованию механических свойств материалов для измерения перемещений и деформаций в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды, Известны способы градуировки индуктивных преобразователей перемещений, заключающиеся 1о в том, что измеряют выходной сигнал преобразователя в зависимости от перемещения и определяют статическую характеристику преобразователя. При этом преобразователь питают переменным током заданной частоты, которая выбирается заранее, обычно, по максимальному значению коэффициента преобразования измерительной системы и в процессе измерения поддерживается постоянной (11.

Для уменьшения температурной погрешности ®О при таком способе градуировки необходимо строго регламентировать температурный интервал градуировки и эксплуатации, который устанавливается в зависимости от необходимой точности измерений (ГОСТ 8.395-80) °

Основным недостатком данного способа является наличие значительной погрешности измерения при эксплуатации измерительной системы в температурном режиме,. отличающемся от температурного режима градуировки.

Наиболее близким к изобретению является способ градуировки индуктивного преобразователя перемещений, содержащего обмотку и магнитопровод, заключающийся в том, что измеряют выходные сигналы преобразователя в зависимости от перемещения при питании его от источника переменного тока и определяют характеристику преобразования при нескольких температурах, выбранных заранее и делящих рабочий диапазон температур на несколько интервалов.

Затем строят результирующий график, представляющий собой семейство градуировочных характеристик, представляющих зависимость выходного сигнала преобразователя от величины перемещения при различных температурах, который используют в дальнейшем при обработке результатов измерений в процессе эксплуатации преобразователя. Для измерений при температурах, лежащих внутри выбранных при градуировке интервалов, используется квадратичная экстраполяция f2).

Недостатками этого способа являются его ограниченная точность и большая трудоемкость.

Цель изобретения — уменьшение температурной погренпгости измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу градуировки индуктивного преобразователя перемещений, содержащего обмотку и магнитопровод, заключающемуся в том, что измеряют выходные сигналы преобразователя в зависимости от перемещения при питании его от источника переменного тока, по которым определяют характеристику преобразования, предварительно измеряют частотные характеристики преобразователя при нескольких температурах в пределах заданного температурного диапазона, по которым определяют оптимальную частоту питания преобразователя, соответствующую области пересечения его частотных характеристик, и используют эту частоту для питания преобразователя.

На фиг. 1 представлены полученные экспериментально частотные характеристики дифференциального соленоидного преобразователя, снятые при 24, 115 и 250 С; на фиг. 2 частотные характеристики индуктивного преобразователя с переменной площадью зазора, также полученные экспериментально для значений 25, 50 и 120 С, где по оси ординат отложено относительное значение S выходного сигнала преобразователя, а по оси абсцисс— частота Е питания преобразователя; на фиг. 3 — характеристика преобразования соленоидного преобразователя, полученная при его оптимальной частоте питания 5 у 3 кГц и соответствующая диапазону температур 24—

250 С.

Индуктивные преобразователи перемещения, имеющие различное конструктивное исполнение, но характеризующиеся такими общими конструктивными признаками, как наличие обмотки и нешихтованных участков магнитопровода, имеют частотные характеристики экстремального вида, В зависимости от свойств материала и конструкции магнитопровода, особенно его подвижной части, активного и индуктивного сопротивления обмоток, выбранных значений амплитуда питающего напряжения и индукции в магнитопроводе, температуры окружаю-щей среды, а также ряда других .конструктив-ных особенностей преобразователя изменяются величина и положение максимума частотных ха рактеристик преобразователя. При этом частотные характеристики, снятые при разных температурах, пересекаются между собой, определяя ту оптимальную частоту f (фиг. 1 и 2), при которой изменение температуры практически не приводит к изменению коэффициента преобразования, благодаря чему на этой частоте, специфической для каждого типа индуктивного преобразователя, обеспечивается уменьшение температурной погрешности измерений контролируемого параметра.

Это обусловлено тем, что при изменении температуры в области низких частот преобладаюшее влияние на коэффициент преобразования преобразователя оказывает активная составляющая Р, полного сопротивления его обмотки, увеличение которой с ростом температуры приводит к уменьшению добротности преобразователя, а следовательно, и к уменьшению его коэффициента преобразования. В области повышенных частот увеличивается роль активной составляющей Рс потерь в стали магнитопровода за счет увеличивающегося влияния вихревых токов. Вследствие этого с ростом температуры в области высоких частот (за максимумом его частотной характеристики) происходит некоторое увеличение коэффициента преобразования преобразователя вследствие преобладающего увеличения индуктивной составляющей 1 ы L полного сопротивления его обмотки и относительного уменьшения величины активной составляющей

R полного сопротивления преобразователя, акЕ где „2 2

"екв=Ro "

Rñ

Оптимальная (с точки зрения снижения температурной погрешности) частота Е, ь, соответствующая области пересечения частотных характеристик, измеренных при различных темпе ратурах в заданном температурном диапазоне, может быть ниже или выше частоты, .соответствующей максимуму коэффициента преобразования. Однако некоторая потеря чувствительности компенсируется повышением точности и стабильности преобразования контролируемого параметра в широком температурном диапазоне. Частотная область, в zегорой находится оптимальная частота, зависит от конструкции преобразователя, его геомет- ческих размеров, числа витков и т.п. Необходимо только, чтобы материал магнитопровода был проводящим и имел такой же знак температурного коэффициента злектросопротивления, как и обмотка, что обычно имеет место на практике.

53231

Способ градуировки осуществляют следующим образом.

Предварительно измеряют частотные характеристики градуируемого индуктивного преобразователя при некотором постоянном (фиксированном) перемещении его подвижной части при разных температурах окружающей среды в пределах рабочего температурно10 го диапазона. По построенному семейству частотных характеристик определяют оптимальную частоту,р питания данного индуктивного преобразователя,. соответствующую области пересечения этих характеристик, и далее используют эту частоту для питания пре15 образователя црн измерении градуировочной характеристики преобразователя. Для этого задают ступенчатые перемещения подвижной части индуктивного преобразователя перемеще ния и измеряют выходные сигналы íà его

20 обмотке, Прн этом температура окружающей среды может быть любой в пределах заданного температурного диапазона. Оптимальная частота, определенная с помощью семейства частотных характеристик и использованная при снятии градуировочной характеристики преобразователя, в дальнейшем должна быть использована в качестве рабочей частоты питания преобразователя в процессе его эксплуатации; Экспериментальные данные (фиг.З) показали, что температурная погрешность измерения перемещений в диапазоне температур 25 — 300 С не превышает 0,6% по сравнению с 5%, достигнутой при использовании известного способа, а трудоемкость градуи35 ровки и обработки результатов измерений существенно снижаются, так как градуировочную характеристику снимают при какойлибо одной температуре внутри рабочего диапазона, а при последующих измерениях до40 палнительная обработка результатов (учет температурной погрешности в известном спосебе градуировки) se требуется.

1153231

7,2

fop

ВНИИПИ Заказ 2496/35 Тираж 651 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ь

C b са

Ю ФО рог. Я

so ко

f, ly