УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ИНДУКТИВНОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК G01B7/00 G01D5/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследованиях в ядерной и тепловой энергетике для измерения электрических и неэлектрических величин, в средах с высокими температурами с помощью индуктивных и взаимоиндуктивных дифференциальных измерительных преобразователей.

Широкое распространение при исследованиях в ядерной и тепловой энергетике получили индуктивные и взаимоиндуктивные дифференциальные измерительные преобразователи.

Важными техническими характеристиками таких преобразователей являются погрешности измерений: аддитивная (уход нуля) и мультипликативная (изменение чувствительности). Одним из основных источников этих погрешностей преобразователей является высокая температура среды, окружающей эти преобразователи.

Известно устройство [В. В.Лебединский, Ю.В.Милосердии, А.А.Силин, Н.Ф. Чеботырев. Индуктивные измерительные системы для внутриреакторных исследований. В книге Техника радиационного эксперимента. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.47-56], включающее в себя первичный индуктивный измерительный преобразователь, схему включения этого преобразователя, генератор переменного тока, питающий эту схему, и демодулятор, выделяющий измерительную информацию из промодулированного напряжения несущей частоты. На выходе демодулятора создается выпрямленное напряжение, пропорциональное измеряемому перемещению. Это выпрямленное напряжение через согласующий усилитель постоянного тока подается на измеритель напряжения, выполняющий функции отсчетного устройства.

Для уменьшения температурной погрешности коэффициента преобразования первичного индуктивного преобразователя используется оптимальная частота питающего генератора f_ОПТ, на которой температурная погрешность коэффициента преобразования первичного преобразователя минимальна. Частота f_ОПТ существует для всех типов индуктивных преобразователей, включая и взаимоиндуктивные (трансформаторные). Эта частота зависит от конструктивных особенностей индуктивного преобразователя, изменяется в широких пределах (10÷5000 Гц) и определяется экспериментально.

Недостаток устройства в том, что f_ОПТ строго фиксирована для данного индуктивного преобразователя, а это не дает возможность подобрать частоту питания, необходимую по условиям эксперимента, что ограничивает область применения системы. Так в приведенной работе f_ОПТ для первичного индуктивного преобразователя с замкнутым магнитопроводом (воздушным зазором) f_ОПТ=22 Гц, что позволяет регистрировать исследуемый процесс с частотой только ≤11 Гц, а реально в пять раз меньше.

Известно устройство формирования выходного сигнала измерительного преобразователя [Патент РФ 2142113 от 02.10.98, БИ 33, 1999, авторы Долгих В.В. , Буняев В.А., Болдырев В.Т.], которое может быть использовано для измерения электрических и неэлектрических величин с помощью дифференциальных, например мостовых, преобразователей, в том числе индуктивных дифференциальных измерительных преобразователей и дифференциально-трансформаторных (взаимоиндуктивных). Устройство, питаемое переменным током, содержит дифференциальный измерительный преобразователь, включающий по крайней мере две ветви и два выпрямителя, соединенных с выходами ветвей измерительного преобразователя, и дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам выпрямителей. Для получения более высокой точности измерения в устройство дополнительно введен переменный резистор, подключенный к входу одного из выпрямителей. Движок переменного резистора подключен к дополнительному входу дифференциального усилителя. Выходной сигнал этого устройства равен
U_вых = U_пит×K_g×α₁[(K₁+K₂)×X+(γ₁-γ₂)],
где α₁ - коэффициент передачи первой ветви измерительного преобразователя;
γ₁ и γ₂ - коэффициенты нестабильности ветвей измерительного преобразователя под действием возмущающих факторов (температуры, влажности и т.п.), равные относительному изменению параметра ветви (индуктивности, сопротивления, емкости) под влиянием внешних воздействий;
К₁ и К₂ - коэффициенты чувствительности к измеряемой величине Х ветвей преобразователя;
U_пит - напряжение питания преобразователя;
К_g - коэффициент усиления дифференциального усилителя.

Таким образом, с помощью переменного резистора в нормальных условиях при несимметричном дифференциальном измерительном преобразователе выходной сигнал усилителя будет равен нулю. Причем влияние внешних возмущающих факторов будет определяться неидентичностью ветвей измерительного преобразователя, разностью (γ₁-γ₂). Цепь балансировки дополнительной погрешности не вносит. Кроме того, возможна дополнительная периодическая балансировка устройства при расположении измерительного преобразователя в труднодоступных местах.

Однако при работе первичного преобразователя при достаточно высоких температурах окружающей среды (>300^oС) разность (γ₁-γ₂), из-за неидентичности ветвей преобразователя может быть значительной и при равномерном, и одинаковым их нагреве, что вызовет дополнительную мультипликативную погрешность данного устройства. Проведение дополнительной балансировки при расположении первичного преобразователя в активной зоне ядерного реактора или вблизи ее крайне сложно, а часто невозможно. Это связано с трудностями установки измеряемой величины Х в ноль.

Цель изобретения - повышение точности измерений индуктивных и взаимоиндуктивных дифференциальных измерительных преобразователей и расширение их области применения.

Предлагаемое устройство повышает точность измерения за счет уменьшения мультипликативной погрешности индуктивных и взаимоиндуктивных дифференциальных измерительных преобразователей, работающих в средах с высокими температурами.

При работе индуктивных и взаимоиндуктивных дифференциальных измерительных преобразователей в таких условиях мультипликативная погрешность возникает из-за высоких температур ветвей индуктивных и взаимоиндуктивных дифференциальных измерительный преобразователей и их неидентичности.

Область применения предлагаемого устройства расширяется за счет возможности работы индуктивных дифференциальных измерительный преобразователей в очень жестких внешних температурных условиях, t>300^oС. Причем эти технические результаты достигаются без увеличения габаритных размеров индуктивных дифференциальных измерительных преобразователей или введения в них дополнительных элементов, что не усложняет размещения индуктивных дифференциальных измерительных преобразователей в реакторных установках и является важным фактором при проведении внутриреакторных экспериментов.

Для повышения точности измерений в устройство формирования выходного сигнала индуктивного дифференциального измерительного преобразователя, содержащее источник переменного тока, индуктивный дифференциальный измерительный преобразователь, имеющий по крайней мере две ветви; два выпрямителя; дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам выпрямителей, соединенных с выходами ветвей индуктивного дифференциального преобразователя, дополнительно введен конденсатор, величина емкости которого подбирается экспериментально, подключенный своими выводами к выходам ветвей индуктивного дифференциального измерительного преобразователя. Новым существенным признаком заявляемого изобретения является включение конденсатора между выходами двух ветвей индуктивного дифференциального измерительного преобразователя.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.

Устройство состоит из индуктивного дифференциального измерительного преобразователя 1 с ветвями 2 и 3, источника переменного тока 4, конденсатора 5, детекторов (выпрямителей) 6 и 7, дифференциального усилителя 8.

Устройство работает следующим образом. Индуктивный дифференциальный измерительный преобразователь 1, имеющий по крайней мере две ветви 2 и 3, питается от источника переменного тока 4. Между выходами ветвей 2 и 3 включен конденсатор 5, который компенсирует влияния температуры окружающей среды на чувствительность индуктивного дифференциального измерительного преобразователя 1 в области частот, больших чем частота f_ОПТ. Переменные напряжения с выходов ветвей 2 и 3 поступают на два выпрямителя (детектора) 6 и 7, преобразующих эти напряжения в постоянные. С выходов выпрямителей 6 и 7 сигналы подаются на два входа дифференциального усилителя 8, который формирует выходное постоянное напряжение.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, показали, что при встречно включенных секциях вторичных обмоток индуктивных или взаимоиндуктивных дифференциальных измерительных преобразователей на частотах f>f_ОПТ при включенной между выходами вторичных обмоток конденсатора емкостью, имеющей определенное (фиксированное) значение, зависящее от конструкции датчика и выбранной частоты (f>f_ОПТ), происходит компенсация влияния температуры окружающей среды на чувствительность датчика. Причем компенсация осуществляется таким образом, что на выбранной частоте чувствительность индуктивных и взаимоиндуктивных дифференциальных измерительных преобразователей очень мало зависит от температуры преобразователей, то есть точка f_ОПТ смещается в область более высоких частот. Для каждого датчика и выбранной частоты f>f_ОПТ величина емкости подключаемого конденсатора определяется экспериментально. Дополнительные исследования показали, что для большинства различных типов (размеры, конструкция) индуктивных и взаимоиндуктивных дифференциальных первичных измерительных преобразователей величина емкости подключаемого конденсатора лежит в диапазоне 0,1-5 мкФ. В экспериментах, проведенных авторами с различными индуктивными и взаимоиндуктивными дифференциальными измерительными преобразователями на частотах f>f_ОПТ, погрешность чувствительности этих преобразователей при температуре ~300^oС уменьшалась при подключении конденсатора с ~50 до 1÷3%.

Обнаруженное свойство и устройство, его реализующее, позволяют смещать оптимальную частоту (f_ОПТ) датчика в область более высоких частот, что повышает точность и быстродействие датчика и расширяет его область применения.

Предлагаемое устройство повышает точность измерения за счет уменьшения мультипликативной погрешности в вышеуказанных преобразователях, работающих в средах с высокими температурами.

Область применения предлагаемого устройства расширяется за счет возможности работы преобразователя при высоких температурах (>300^oС) окружающей среды и за счет расширения частотного диапазона преобразователя в область частот f>f_ОПТ. Причем эти технические результаты достигаются без увеличения габаритных размеров первичных преобразователей и введения в них дополнительных элементов, что является важным фактором при размещении преобразователей во внутриреакторных устройствах.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследованиях в ядерной и тепловой энергетике для измерения электрических и неэлектрических величин. Устройство формирования выходного сигнала индуктивного дифференциального измерительного преобразователя содержит источник переменного тока, индуктивный дифференциальный измерительный преобразователь, имеющий по крайней мере две ветви, два выпрямителя и дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам выпрямителей, соединенных с выходами ветвей индуктивного дифференциального измерительного преобразователя. Дополнительно между выходами ветвей индуктивного дифференциального измерительного преобразователя подключен конденсатор. Величина емкости этого конденсатора экспериментально подбирается такой, чтобы мультипликативная погрешность преобразователя, обусловленная температурой окружающей среды, была минимальна. Технический результат заключается в повышении точности измерений, производимых с помощью индуктивных дифференциальных измерительных преобразователей, работающих в средах с высокими температурами, за счет уменьшения мультипликативной погрешности этих преобразователей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство формирования выходного сигнала индуктивного дифференциального измерительного преобразователя, содержащее источник переменного тока, индуктивный дифференциальный измерительный преобразователь, имеющий по крайней мере две ветви, два выпрямителя и дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам выпрямителей, соединенных с выходами ветвей индуктивного дифференциального измерительного преобразователя, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено конденсатором, подключенным своими выводами к выходам ветвей индуктивного дифференциального измерительного преобразователя.