Дистанционная дефференциально-трансформаторная измерительная система Советский патент 1982 года по МПК G01D5/22 

(54). ДИСТАНЦИОННАЯ ДИОФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к .устройствам для измерения неэлектрических величин электрическими методами, например давления и разности да1влений. Известна дистанционная дифференциал ьно-т ран с(1юрматорная измерительная система (ДДТИС), содержащая воспринимающий и компенсирующий дифференци-, ально-трансформаторные преобразователи перемещений (ДТПП) и нуль-орган, входы которого соединены с выходами обеих ДТПП, а выход механически соединен с сердечником компенсирующего ДТПП и показывающей стрелкой ГП. Недостатком этой ДДТИС является не высокая точность. Это объясняется следующими причинами. Выходной сигнал ДТПП должен быть сдвинут по фазе относительно тока первичной цепи на угол Jf/2. Однако из-за потерь в сердечнике указанный сдвиг будет меньше, чем J/2, на величину, называемую угЛОМ потерь. Из-за различия углов потерь у разных экземпляров ДТПП на входе нуль-органа в уравновешенном состоянии всегда имеется неуравновешивающийся, так называемый остаточный, сигнал. Его величина значительно превьшает полезный сигнал при малых рассогласованиях системы, соответствующих ее порогу чувствительности. Остаточный сигнал сдвинут по фазе на 90° относительно полезного сигнала. Остаточный сигнал сам по себе не вызывает движения исполнительного двигателя нуль-органа, так как нуль-орган не чувствует сигналов с малой фазой. Однако при прохождении остаточного сигнала по тракту усиления, вследствие большой его вели чины, появляются фазовые сдвиги,зависящие от амплитуды остаточного си гнала. Появление указанных фазовых сдвигов ведет к тому, что остаточный сигнал отрабатывается нуль-органом в виде перемещения сердечника компенсирующего ДТПП,хотя система 39 находилась в равновесии. Величина, которую отработал нуль-орган из-за нелинейных явлений, представляет собой одну из значительных составляющи погрешности системы Известна также ДДТИС, состоящая из воспринимающего и компенсирующего ДТПП и фазочувствительного нуль-орга на. нуль-органа электрически соединены с выходами обеих ДТПП.. Вы xofi нуль-органа механически соедине с сердечником компенсирующего ДТПП и показывающей стрелкой. ДДТИС снабжена фазосдвигающей RC-цепочкой, раз мещенной между зажимами последовател но соединенных выходов ДТПП и зажимами входа нуль-органа. Кроме того, в тракте электрического усилителя размещен ключевой модулятор-демодуля тор, который вначале выпрямляет проходящий сигнал, а затем преобразует выпрямленный сигнал опять,в переменный. Две управляющие цепи демодулято ра соединены с двумя источниками переменного управляющего напряжения. Они выполнены в виде дбух вторичных обмоток силового трансформатора элек рического усилителя нуль-органа 2. При таком выполнении ДДТИС остаточный сигнал подавляется модулятором-демодулятором, благодаря чему не линейные явления в тракте усиления втсутствуют. Наличие фазосдвигающей цепочки позволяет выбрать номинально яначение фазы нечувствительности нуль-органа, т.е. фазы, которую он не Чувствует, из условия минимизации по грешности ДДТИС 4. f-4 0 , (1) где , , Ф - номинальные значения соответственно угла потерь ДТПП, аргумента комплексного сопротивления первичной цепи ДТПП и фазы нечувстЭительности. Однако погрешность дх известной ДДТИС зависит от погрешности д | аргу мента комплексного сопротивления первичной цепи обоих ДТПП и погреш,ности дУ фазы нечувствительности нуль-органа, т.е. фазы, которую не чувствует нуль-орган iiXrum.uni.X()(uf-uM}, (1} где irn, utriQ и ug, погрешности взаимной индуктивности и угла потерь соответственно для воспринимающего и компенсирующего ДТПП, ах- приведенное измеряемое перемещение. 4 Целью изобретения является повышение точности измерений путем устранения влияния погрешностей параметров ДТПП и нуль-органа. Указанная цель достигается тем, что в системе, содержащей воспринимающий и компенсирующий преобразователи перемещений, фазочувствительный нуль-орган, входы которого соединены с выходами указанных преобразователей перемещений, а выход - с сердечником компенсирующего преобразователя, усилитель фазочувствительного нуль-органа, соединенный с модулятором-демодулятором его и два источни-; ка управляющего напряжения, соединеуные с первой и второй управляющими цепями модулятора-демодулятора соответственно два источника управляющего напряжения выполнены в виде трансформатора с двумя вторичными обмотками, каждая из которых снабжена фазосдвигающей цепочкой, а первичная обмотка включена последовательно с первичными обмотками преобразователей перемещений. На чертеже изображена принципиальная схема предложенной ДДТИС. ДДТИС содержит воспринимающий и компенсирующий дифференциально-трансформаторные преобразователи перемещений (ДТПП) 1 и 2, .нуль-орган 3, в который входит электрический усилитель k, соединенный с модулятором-демодулятором 5, выход нуль-органа 3 механически соединен с сердечником 6 ДТПП 2, источники 7 и 8 управляющего напряжения с вторичными обмотками 9.-и Ю, каждая из которых содержит фазосдвигующую цепочку 11 и 12. ДДТИС работает следующим образом. В равновесном состоянии на входе нуль-органа есть лишь остаточный сигнал, который не чувствуется нуль-органом. Если сердечник ДТПП 1 перемещается на величину измеряемого перемещения, то на входе нуль-органа появляется полезная составляющая си1- нала. Модулятор-демодулятор 5 вначале выпрямляет, а затем преобразует выпрямленный сигнал опять в переменный. При этом на выходе модулятора сигнал будет равен нулю, если фаза входного сигнала нуль-органа отличается на J/2 от фазы входного напряжения на выходе фазосдвигэющих цепочек 11 и 12. Благодаря этому остаточный сигнал не проходит по тракту усиления, чем исключаются вредные нелинейные явления в усилителе. Полезный сигнал, проходя по тракту, усиливается и вызывает вращение реверсивного двигателя нульоргана 3. Благодаря механической связи выхода нуль-органа 3 с сердечником ДТПП 2, сердечник перемещается и компенсирует сигнал от измеряемого перемещения сердечника ДТПП 1, Если в состоянии равновесия ДДТИС изменится фаза тока в первичных обмотках ДТПП по каким-либо причинам, то соответственно изменится фаза напряжения на выходе цепочек 11 и 12. Это вызовет соответствующее изменени фазы нечувствительности нуль-органа. По этой причине равновесие ДДТИС не нарушается, несмотря на нарушение па рамеуров первичной цепи ДТПП. Следо|вательно, на погрешность ДДТИС не 1дут оказывать влияние параметры пер- вичной цепи ДТПП 1 и 2, что приведет к повышению точности результатов измерений. Действительно, формулу (2 для погрешности известной ДДТИС можно записать так: uX,um,)(iV%)(uf-uVu).t где погрешность фазового сдвига от RC-цепочки на входе нуль-органа; ДМ - погрешность фазовых сдвигов в тракте усилителя до демодулятора. Формулу для предложенной ДДТИС можно получить из формулы С2), если учесть имеющуюся в ДДТИС зависимость фазы нечувствительности нуль-органа от фазы тока в первичной цепи ДТПП 2 и его погрешности угла потерь дЧsЛЧ+дf й f„ д€,2. ( ,)(-йЧ-Л Л5|1) Из сравнения формулы (3) и форму лы С) видно, что погрешность отсутствует в выражении () для предложен ной ДДТИС. Использование предложенной ДДТИС позволяет повысить точность результатов измерений, во-первых, за счет исключения влияния погрешности й, а во-вторых, за счет того, что погрешность u4fj больше, чем погрешность ДЧя. Последнее объясняется тем, что при одинаковых требованиях к точности элементов RC-цепочек ДЧ оказывается меньше, чем ДЧ во столько же раз, во сколько раз отличается сдвиг фазы ЧС-цепочек известной и предложенной ДДТИС. Так, для серийно выпускающейся известной ДДТИС обычно 1 0,115-, frO,5, ,и 0,005; 1й€-,,05;дНйО;1Р lbf)iC,v, ,(; Qrl-0,115-0,,15 Для предложенной ДДТИС отличающиея величины имеют следующие значения: .5, U V Погрешность известной ДДТИС по формуле (3) к данным (5) равна Дхп 0,,06-0,,022, т.е. 2,2%, Погрешность предложенной ДДТИС по формуле (k), данным (5) и (6) рав на Лхп 0,01+0,06-0,,0130,т.е. 1,3. Этот результат получен в предложеНИИ, что параметры RC-цепочек не настраиваются, а найдены расчетным путем в предположении, 4Tog.n2sE. Если осуществить настройку фазового сдвига RC-цепочек в соответствии с рекомендациями, то во втором вы- ажении- (Ц) следует положить Л.n+ Д О Тогда погрешность предложенной ДДТИС окажется равной T.e..-i: йх ,01 Формула изобретения Дистанционная дифференциальнотрансформаторная измерительная система, содержащая воспринимающий и компенсирующий преобразователи перемещений, фазочувствительный нуль-орган, входы которого соединены с выходами указанных преобразователей перемещений, а выход - с сердечником компенсирующего преобразователя, усилитель фазочувствительного нуль-органа, соединенный с |иодулятором-демодулятором его, и два источника управляющего напряжения, .соединенные с первой и второй управляющими цепями модуляторадемодулятора соответственно, от личающаяся тем, что, с целью повышения ее точности, два источника управляющего напряжения выполнены в виде трансформатора с двумя BTd