ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК G01B7/00 G01F23/30 

Предложение относится к индуктивным измерителям величины перемещения подвижных объектов и, в частности, к поплавковым индуктивным измерителям уровня жидкости.

Уровень техники
Известны индуктивные измерители перемещения - уровнемеры, содержащие поплавок с электромагнитным экраном (короткозамкнутым витком) и распределенные по высоте вдоль траектории перемещения поплавка возбуждающую обмотку, подключенную к источнику переменного напряжения, и измерительную обмотку, подключенную к измерительному блоку [1].

Недостаток устройства [1] - снижение точности измерения, обусловленное прямой трансформацией сигнала из возбуждающей обмотки в измерительную. При этом в последней наводится помеха, вид и параметры которой не зависят от положения подвижного объекта - поплавка. Применение в [1] дифференциальной схемы из двух одинаковых секций измерительной обмотки и двух одинаковых электромагнитных экранов не решает эту проблему из-за трудностей в практическом обеспечении идентичности дифференциальных частей устройства.

Аналогичным недостатком обладает и уровнемер [2], в котором измерительная обмотка размещена вне траектории движения поплавка, но также выполнена по дифференциальной схеме.

Известен выбранный в качестве прототипа измеритель перемещения объекта, содержащий неподвижно размещенные вдоль траектории перемещения возбуждающую обмотку, подключенную к выходу источника сигнала возбуждения, и измерительную обмотку, подключенную к входу измерительного блока [3]. На перемещаемом объекте в устройстве [3], как и в устройствах [1, 2], размещен элемент (сердечник), положение которого изменяет параметры сигнала, трансформируемого из возбуждающей обмотки в измерительную обмотку.

Недостаток устройства [3], как и устройств [1, 2], - снижение точности измерения, обусловленное прямой трансформацией сигнала из возбуждающей обмотки в измерительную и неидентичностью двух дифференциальных частей измерительной обмотки.

Задача изобретения - исключить влияние помехи, обусловленной прямой трансформацией сигнала из возбуждающей обмотки в измерительную, на результаты измерений и, тем самым, повысить их точность.

Сущность изобретения
Предметом изобретения является измеритель перемещения объекта, содержащий неподвижно размещенную вдоль траектории перемещения первую обмотку, подключенную к выходу генератора импульсов линейно изменяющегося тока, размещенные на перемещаемом объекте конденсатор и вторую обмотку, подключенную к конденсатору и индуктивно связанную с первой обмоткой, измерительный блок, синхронизированный с генератором импульсов линейно изменяющегося тока, при этом вход измерительного блока подключен к выводам третьей обмотки, неподвижно размещенной вдоль траектории перемещения и индуктивно связанной со второй обмоткой, а первая и третья обмотки выполнены с возможностью формирования вдоль траектории перемещения монотонно изменяющегося произведения
M_1,2(x)•М_2,3(х),
где M_1,2(x) и М_2,3(х) - взаимные индуктивности соответствующих обмоток, х - линейное перемещение
Предметом изобретения является также измеритель перемещения объекта, содержащий неподвижно размещенную вдоль траектории перемещения первую обмотку, подключенную к выходу генератора импульсов линейно изменяющегося тока, размещенные на перемещаемом объекте конденсатор и вторую обмотку, подключенную к конденсатору и индуктивно связанную с первой обмоткой, измерительный блок, синхронизированный с генератором импульсов линейно изменяющегося тока, при этом вход измерительного блока подключен к выводам первой обмотки, которая выполнена с возможностью формирования вдоль траектории перемещения монотонно изменяющегося значения взаимной индуктивности M_1,2(x) со второй обмоткой, где х - линейное перемещение.

Изобретение имеет развитие, состоящее в том, что измеритель снабжен датчиком температуры, предназначенным для подключения к измерительному блоку.

Это позволяет дополнительно повысить точность измерения путем учета в измерительном блоке температурных поправок при определении величины перемещения.

Краткое описание фигур чертежей
На фиг. 1 представлена электрическая блок-схема, иллюстрирующая осуществление изобретения по первому варианту изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует конструкцию поплавкового индуктивного уровнемера, выполненного на основе изобретения.

Фиг.3а иллюстрируют форму тока в первой обмотке (обмотке возбуждения), а фиг. 3б - форму напряжения на конденсаторе, совпадающую с формой измеряемого блоком 8 напряжения.

Описание осуществления изобретения
Измеритель перемещения содержит (см. фиг.1) первую обмотку 1, вторую обмотку 2 и (только по первому варианту изобретения) третью обмотку 3. Обмотки 1 и 3 размещены в неподвижной части 4 измерителя вдоль траектории X, по которой перемещается объект 5. На перемещаемом объекте 5 размещены конденсатор 6 и обмотка 2, подключенная к конденсатору 6. Обмотка 2 индуктивно связана с неподвижными обмотками 1 и 3. К обмотке 1 подключен выход импульсного источника 7 возбуждения, выполненного в виде генератора импульсов линейно изменяющегося тока. Обмотка 3 подключена к входу измерительного блока 8. К другому входу блока 8 подключен датчик 9 температуры.

В случае реализации изобретения по второму варианту обмотка 3 не используется.

При реализации первого варианта по меньшей мере одна из обмоток 1, 3, а в случае второго варианта обмотка 1, выполняется с параметром намотки (например, плотностью намотки витков), изменяющимся вдоль траектории X. Для упрощения технологии изготовления такой обмотки она может быть выполнена из комплекта секций с разным числом витков, размещенных вдоль траектории перемещения X. При этом изменение параметров намотки одной или обеих обмоток 1, 3 вдоль оси Х обеспечивает монотонный (например, линейный) характер изменения вдоль траектории перемещения Х величины M_1,2(x)•М_2,3(х) в случае первого варианта реализации и величины M_1,2(x) в случае второго варианта реализации изобретения.

При реализации любого варианта изобретения в жидкостном уровнемере (см. фиг. 2) объект 5 представляет собой поплавок, перемещающийся вдоль высоты уровнемера.

Обмотки 1 и 3 размещены в неподвижной части - корпусе 4 из немагнитного непроводящего или с высоким удельным сопротивлением материала. Корпус 4 выполнен, например, в виде цилиндра из двух соосных труб: внутренней - 10 и внешней - 11. Полость между трубами 10 и 11 закрыта с торцов заглушками 12, 13 и используется для размещения обмоток 1, 3 и датчика 9. Внутренняя часть трубы 10 закрыта снизу фильтрующей сеткой 14 и частично заполнена жидкостью, в которой плавает поплавок 5 с обмоткой 2 и конденсатором 6. На корпусе 4 размещен электрический разъем 15 для подсоединения обмоток 1, 3 и датчика 9 к источнику 7 и блоку 8.

Устройство работает следующим образом.

Источник 7 периодически или по команде управления подает в обмотку 1 импульсы линейно изменяющегося тока возбуждения, форма которых показана на фиг. 3а. Под действием таких импульсов в обмотке 2 наводится ЭДС, пропорциональная скорости изменения тока и величине M_1,2(x).

При t₁>>t₂-t₁ величиной ЭДС, наводимой в интервале 0-t₁, можно пренебречь, вследствие низкой скорости нарастания тока, и считать, что заряд конденсатора 6 происходит только в интервале от t₁ до t₂. После прекращения тока через обмотку 1 и окончания заряда конденсатора 6 в LC-контуре из обмотки 2 и конденсатора 6, размещенном на поплавке 5, устанавливаются затухающие колебания (см. фиг.3б) с периодом, зависящим от емкости конденсатора 6, индуктивности обмотки 2 и ее активного сопротивления. Начальная амплитуда этих колебаний равна напряжению, до которого конденсатор 6 зарядился к моменту t₂. Поэтому, если значения скорости изменения тока возбуждения и длительности интервала t₂-t₁ фиксированы, напряжение на конденсаторе в момент t₂ (см. фиг. 3б) и, следовательно, амплитуда колебаний в контуре также определяются величиной M_1,2(x).

С задержкой t₃-t₂ измерительный блок 8, синхронизированный по цепи 16 (фиг. 1) с работой блока возбуждения 7, в момент времени t₃ измеряет и фиксирует мгновенное значение напряжения на обмотке 3 (первый вариант) или на обмотке 1 (второй вариант).

В ходе колебательного процесса ток, протекающий в обмотке 2, наводит в обмотках 1 и 3 ЭДС, пропорциональные скорости изменения тока и величине M_2,1(x) или М_2,3(х) соответственно. Скорость изменения тока, в свою очередь, при фиксированных параметрах элементов LC-контура пропорциональна амплитуде колебаний и, следовательно, величине M_1,2(x). В результате при фиксированных параметрах импульса возбуждения мгновенное значение напряжения в фиксированный момент t₃ пропорционально: на обмотке 3 произведению взаимоиндукций M_1,2(x)•М_2,3(х), а на обмотке 1 квадрату взаимоиндукции M_1,2(x) (поскольку M_2,1(x) и M_1,2(x) равны по определению).

При монотонном изменении соответствующих величин взаимоиндукции вдоль высоты уровнемера (или вдоль другой траектории перемещения объекта 5) между положением поплавка, отражающим уровень жидкости, и мгновенным значением напряжения в момент t₃ на обмотке 3 (в первом варианте) или на обмотке 1 (во втором варианте) устанавливается однозначное соответствие. Это позволяет определять положение поплавка, измеряя амплитуду отсчета напряжения в момент t₃ на входе измерительного блока 8, подключенного к обмотке 3 (в первом варианте) или к обмотке 1 (во втором варианте).

В предлагаемом устройстве, как и в известных [1-3], сигнал возбуждения поступает на вход измерительного блока 8 (в первом варианте трансформируясь в обмотку 3, а во втором варианте напрямую). Поскольку этот сигнал не определяется положением подвижного объекта (поплавка) на оси X, он представляет собой помеху измерениям. Однако в предлагаемом устройстве эта помеха не влияет на результат измерения, т.к. измерения осуществляются в паузе между импульсами возбуждения в момент t₃, задержанный относительно момента t₂, т.е. при отсутствии помехи. При этом измеряемый сигнал является результатом наведения и запоминания в LC-контуре полезного сигнала, параметры которого однозначно определяются положением контура на оси X.

Измерительный блок может включать средства цифровой обработки измерений и использовать для повышения точности измерений экспериментально снятую зависимость измеряемого параметра от положения перемещающегося объекта. В тех случаях, когда устройство снабжено датчиком температуры, цифровая обработка может включать расчет поправки, учитывающей температурные зависимости активного сопротивления обмотки, емкости LC-контура, плотности жидкости и других параметров, влияющих на результат измерения.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 468098, МПК G 01 F 23/26, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР 1223044, МПК G 01 F 23/26, 23/36, 1986.

3. Авторское свидетельство СССР 783571, МПК G 01 B 7/00, G 01 D 5/20, 1979.

Изобретение относится к индуктивным измерителям величины перемещения подвижных объектов и, в частности, к поплавковым индуктивным измерителям уровня жидкости. Сущность: измеритель перемещения содержит неподвижно размещенную вдоль траектории перемещения первую обмотку, подключенную к выходу генератора импульсов линейно изменяющегося тока, размещенные на перемещаемом объекте конденсатор и вторую обмотку, подключенную к конденсатору и индуктивно связанную с первой обмоткой, измерительный блок, синхронизированный с генератором импульсов линейно изменяющегося тока. В первом варианте реализации изобретения вход измерительного блока подключен к выводам третьей обмотки, неподвижно размещенной вдоль траектории перемещения и индуктивно связанной со второй обмоткой. Первая и третья обмотки выполнены с возможностью формирования вдоль траектории перемещения монотонно изменяющегося произведения M_1,2(x)•М_2,3(х), где M_1,2(x) и M_2,3(х) - взаимные индуктивности соответствующих обмоток, х - линейное перемещение. Во втором варианте реализации изобретения вход измерительного блока подключен к выводам первой обмотки, которая выполнена с возможностью формирования вдоль траектории перемещения монотонно изменяющегося значения взаимной индуктивности M_1,2(x) со второй обмоткой, где х - линейное перемещение. Технический результат: исключение погрешности измерения, обусловленной влиянием на результаты измерения помехи от прямой трансформации сигнала из возбуждающей обмотки в измерительную. 2 c. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Измеритель перемещения объекта, содержащий неподвижно размещенную вдоль траектории перемещения первую обмотку, подключенную к выходу генератора импульсов линейно изменяющегося тока, размещенные на перемещаемом объекте конденсатор и вторую обмотку, подключенную к конденсатору и индуктивно связанную с первой обмоткой, измерительный блок, синхронизированный с генератором импульсов линейно изменяющегося тока, при этом вход измерительного блока подключен к выводам третьей обмотки, неподвижно размещенной вдоль траектории перемещения и индуктивно связанной со второй обмоткой, а первая и третья обмотки выполнены с возможностью формирования вдоль траектории перемещения монотонно изменяющегося произведения M_1,2(x)•М_2,3(х), где M_1,2(x) и М_2,3(х) - взаимные индуктивности соответствующих обмоток, х - линейное перемещение. 2. Измеритель перемещения объекта, содержащий неподвижно размещенную вдоль траектории перемещения первую обмотку, подключенную к выходу генератора импульсов линейно изменяющегося тока, размещенные на перемещаемом объекте конденсатор и вторую обмотку, подключенную к конденсатору и индуктивно связанную с первой обмоткой, измерительный блок, синхронизированный с генератором импульсов линейно изменяющегося тока, при этом вход измерительного блока подключен к выводам первой обмотки, которая выполнена с возможностью формирования вдоль траектории перемещения монотонно изменяющегося значения взаимной индуктивности M_1,2(x) со второй обмоткой, где х - линейное перемещение. 3. Измеритель по п.1 или 2, который снабжен датчиком температуры, подключенным к измерительному блоку.