Устройство для измерения расстояний до проводящей поверхности Советский патент 1982 года по МПК G01B7/14 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ ДО ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

1

Изобретение относ14тся к измерительной технике, и может быть использовано, в частности, при измерении зазоров и относительных перемещений между деталями машин при высоких температурах и меняющихся параметрах среды в зазоре, например, в двигателях внутреннего сгорания |ИЛИ в работающих энергоагрегатах.

: Известно устройство для измерения .зазора между поверхностями относительно подвижных деталей, содержащее дифференциальные емкостьые датчики, включенные в два плеча мостовой схемы, в два других плеча которой включены катушки индуктивности СП.

Недостатком устройства является ограниченная точность, обусловленная влиянием паразитных емкостей линий связи, соединяющих датчики с мостовой схемой.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения

расстоянии до проводящей поверхности, содержащее резонансный преобразователь, выполненный в виде последовйтельно соединенных катушки индуктивности и емкостного датчика инзора, подключенный к резонансному преобразователю через линию связи многочастотный источник электрических колебаний и блок обработки сигналов, в состав которого может входить, например, амплитудный или частотный детектор, частотный модулягтор, усилитель и цифровой измери|Тель частоты 2.

Недостатком известного устройстISва является то, что при измерениях : зазоров в зонах высоких температур, например, порядка сотен градусов, точность измерений, обеспечиваемая этим устройством, оказывается не30достаточной из-за наличия погрешностей, обусловленных паразитными емкостями линий связи, соединяющих источник электрических.колебаний

и блок обработки сигналов с резонансным преобразователем, а также тем, что первый узел блока обработки-детектор не может быть размещен в непосредственной близости от преобразователя в зоне высоких температур. Величина паразитной емкости сравнима, а зачастую и превышает емкость датчика зазора, а нестабильность ее при изменении параметров внешней среды весьма значительна.

Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях высокой температуры и изменяющихся параметров внешней средь.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения расстояний до проводящей поверхности снабжено вторым резонансным преобразователем, подключенным параллельно первому и выполненным в виде последовательно соединенГных второй катушки индуктивности и второго емкостного датчика зазора, измерительный электрод которого смещен на заданное расстояние в направлении проводящей поверхности относительно измерительного электрода первого емкостного датчика и имеет площадь, находящуюся в известном соотношении с площадью первого емкостного датчика, а блок обработки сигналов подключен к линии связи.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство для измерения расстояния до проводящей поверхности содержит два резонансных преобразователя 1 и 2, соединенных параллельно и подключенных к многочастотному источнику 3 электрических колебаний через общую линию связи k. Резонансные преобразователи 1 и 2, настроенные на разные частоты u)(j резонанса, содержат последовательно соединенные катушки 5 и 6 индуктивности и емкостные датчики 7 и 8 зазора, размещенные в непосредственной близости друг от друга в одинаковых условиях внешней среды. Число резонансных преобразователей может быть и больше двух. К линии связи подключен блок 9 обработки сигналов с помощью которого реализуется частотный метод измерений, обладающий высокой помехозащищенностью и точностью.

Устройство работает следующим образом.

При возбуждении источника 3 электрических колебаний он генерирует спектр напряжений, содержащий в том числе частоты и)и ш,, совпадающие с частотами последовательного резонанса обоих резонансных преобразователей 1 и 2. Источник 3 колебаний может представлять собой высокочастотный генератор с модулятором или СОВОКУПНОСТЬ нескольких генераторов работающих на общую нагрузку, т.е. генерация колебаний может осуществляться одновременно или последовательно во времени.

Напряжение источника 3 содержащее указанный спектр частот ио, подается на резонансные преобразователи 1 и 2 и на блок 9 обработки сигналов, в котором осуществляются соответствующие алгебраические операции для определения расстояния до проводящей поверхности.

Частоты (ju и lUq последовательного резонанса резонансных преобразователей 1 и 2 зависят от величии емкостей С и С|2 датчиков 7 и 8 зазора, следовательно, от расстояний id и drj между измерительными электрода «1 этих датчиков и контролируемой проводящей поверхностью, т.е.

гт 2Стет

ш.

Cn

2 С,

2(Щ1 €-S,

т;

де L

Lrt - индуктивности кату1шек 5 и 6; Ql Qrt добротность последовательных резонансных цепей преобразователей 1 и 2;

Сп паразитная емкость линии k связи;

е абсолютная диэлектрическая проницаемость среды в зазоре;

Sr, площади измерительных электродов датчиков 7 и 8 зазора.

Если катушки 5 и Ьимеют одинакоую индуктивность (L Lf7 L), а мкостные датчики 7 и 8 зазора имеют одинаковые площади электродов (S 1 ) расстояние, например d,j, может быть определено по формуле, полученной при совместном решении уравнений (1-3): .

о

где д(1 f «j - d ( - заданное (нор- мированное) смещение в направлении проводящей поверхности между измерительными электродами емкостных датчиков 7 и 8.

Таким образом, определив частоты U), и (t)( последовательного резонанса преобразователей 1 и 2, можно по формуле (4) определить расстояния d и d 0 1 Д° контролируемой проводящей поверхности.

Если, в более общем случае, индуктивности L-I и LQ катушек 5 и 6 и ппсщарц S и S q измс рительных электродов емкостных датчиков 7 и 8 не равны, в формуле (4) появляется коэффициент пропорциональности, зависяций от их соотношения, которое может быть заранее установлено.

В варианте исполнения устройства емкостные датчики 7 и 8 могут быть ;соединены дифференциально. В этом Случае алгоритм обработки результатов измерения изменяется в соответствии с формулой

Поскольку, линия связи резонансных преобразователей является общей и для источника 3 электрических -колебаний , и для блока i обработки сигналов, то составляющая погрешности измерений, обусловленная паразитной емкостью Cfi этой линии связи уменьшается, что обусловливает повышение точности измерения в жестких условиях работы резонансных преобразователей, а при выборе соотношеиия добротностей Gi и O.ij этих преобразователей согласно соотношению

(6)

Эта составляющая погрешности уменьСЮшается в еще большей степени.

Формула изобретения

Устройство для измерения расстояний до проводящей поверхности, содержащее резонансный преобразователь, выполненный в виде последовательно соединенных катушки индуктивности и емкостного датчика зазора, подключенный к резонансному пре образователю через линию связи многочастотный источник электрических колебаний и блок обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях высокой температуры и изменявцихся параметров внешней среды, оно снабжено вторым рё зонансным преобразователем, подключенным параллельно первому и выполненным в виде последовательно

соединенных второй катушки индуктивности и второго емкостного датчика зазора, измерительный электрод которого смещен на заданное расстояние в направлении проводящей поверхности относительно измерительного электрода первого емкостного датчика и имеет площадь, находящуюся в известiHOM соотношении с площадью первого емкостного датчика, а блок обработки сигналов подключен к линии связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе t. Приго0овский Н.И. Изйерение механическйх величин электрическими методами, Машгиз, 1952, с. 252.

2. Викторов В.А. и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М., Наука, 1978, с. 92-93 (прототип).

±