Способ градуировки индуктивного преобразователя перемещений Советский патент 1985 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машино- или приборостроении, а также в научных экспериментах по исследований м ханических свойств материалов для измерени перемещений и деформаций в широком диап зоне изменения температуры окружающей среды. Известны способы градуировки индуктивны преобразователей перемещений, заключающиес в том, что измеряют выходной сигнал преоб разователя в зависимости от перемещения и определяют статическую характеристику преоб разователя. При этом преобразователь питают переменным током заданной частоты, которая выбирается заранее, обычно, по максимальному значению коэффивдента преобразования из мерительной системы и в процессе измерения поддерживается постоянной 1. Для уменьшения температурной погрешност при таком способе градуировки необходимо строго регламентировать температурный интер вал 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, отличающе ся от температурного режима градз ровки. 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 граД)Т1ровочных 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 2}. Недостатками этого способа являются его ограниче1шая точность и большая трудоемкость. Цель изобретения - уменьшение температурной погреияюсти 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. представлены полученные, экспериментально частотные характеристики дифференциального соленоидного преобразователя, снятые при 24, П5 и 250°С; на фиг. 2 частотные характеристики индуктивного преобразователя с переменной: площадью зазора, также полученные экспериментально для значений 25, 50 и 120С, где по оси ординат отложено относительное значение S выходного сигнала преобразователя, а по оси абсцисс - частота f питания преобразователя; на фиг. 3 - характеристика преобразования соленоидного преобразователя, полученная при его оптимальной частоте питания f р 3 кГц и соответствующая диапазону температур 24250° 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 питаюихего 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 opi (фиг. 1 и 2), при которой изменение температуры практически не приводит к изменению коэффициента преобразования, благодаря чему на зтой 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 преобладающее влияние на коэффициент преобразования преобразователя оказывает активная составляющая RO полного сопротивления его обмотки, увеличение которой с ростом температуры приводит к уменьшению добротности преобразователя, а следовательно, и к уменьшению его коэффициента преобразовання. В области повышенных частот увеличивается роль активной составляющей RC потерь в стали магнитопровода за счет увеличивающегося влияния вихревых токов. Вследствие этого с ростом температуры в области высоких частот (за максимумом его частбт1юй характе ристики) происходит некоторое увеличение коэффициента преобразования преобразователя вследствие преобладающего увеличения индуктивной составляющей jwL, полного сопротивления его обмотки и относительного уменьшения величины активной составляющей g полного сопротивления преобразователя, R где о - л . oJ V 0 /« р + ЭК8 О Оптимальная (с точки зрения снижения температурной погрешности) частота fopt 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 которой находится оптимальная частота, зависит от конструкции преобразователя, его геометческих размеров, числа витков и т.п. Необходимо только, чтобы материал магнитоп ювода был проводящим и имел такой же знак температурного козффициента: электросо противления, как и обмотка, что обычно имеет место на практике. 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 температурного диапазона. По построенному семейству частотных характеристик определяют оптимальную частоту f op-t питання данного индуктивного преобразователя, соответствующую области пересечения этих характеристик, и далее используют эту частоту для питания, преобразователя прн измерении градуировочной характеристики преобразователя. Для этого задают ступенчатые перемещения подвижной части индуктивного преобразователя перемеще ния и измеряют выходные сигналы на его Q При этом температура окружающей соепы Может был. любой п ппепепях чяпянсреды может бьггь 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. Эксперименталып 1е данные (фиг.З) показали, что температурная погрешность измерения перемещений в диапазоне температур 25-ЗОО С не превышает 0,6% по сравнению с 5%, достигнутой при использовании известного способа, а трудоемкость градуировки и обработки результатов измерений существенно снижаются, так как градуироночную характеристику снимают при какойлибо одной темпе ратуре внутри рабочего диапазона, а при последующих измерениях дополнительная обработка результатов (учет температуряой погрешности в известном спосебе градуировки) яю требуется. -

1.6

1.5

1,t

1,3

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