"Inrichting voor het meten van een in hoofdzaak lineaire
verplaatsing".
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting
voor het meten van een in hoofdzaak lineaire verplaatsing
met een vaste spoel waarvan de asrichting overeenstemt met de richting van de te meten verplaatsing, een staaf waarvan de magnetische permeabiliteit verschilt van die van het milieu dat door de spoel omgeven wordt, middelen ter verbinding van deze staaf volgens de aslijn van de
<EMI ID=1.1>
den gemeten, een wisselstroombron met constante amplitudo
en pulsatie in serie geschakeld met de spoel, en een meettoestel van een eerste spanning over de spoel.
Inrichtingen van deze soort worden onder meer gebruikt voor het meten van de lineaire verplaatsing van een controlestaaf van een kernreactor met water onder druk. De controlestaaf is dan het lichaam waarvan de verplaatsing moet worden gemeten en de hierboven genoemde staaf waarvan de magnetische permeabiliteit verschilt van die van het milieu dat door de spoel omgeven wordt is dan verbonden met de controlestaaf, zodat de twee staven zich op dezelfde wijze verplaatsen. De staaf die verbonden is met de controlestaaf en in het verlengde ervan voorkomt kan op en neer bewegen in een huls die een uitloper vormt van het reactorvat. Het materiaal van de huls en het water dat deze huls vult hebben nagenoeg dezelfde magnetische permeabiliteit. Zij vormen het milieu dat door de spoel omgeven wordt. De spoel zit om de huls.
<EMI ID=2.1>
Daar de magnetische permeabiliteit van de staaf, die op en neer beweegt in de huls en dus dieper in of verder uit de spoel komt,verschilt van die van het water en van die van het hulsmateriaal,dus van die van het milieu dat door de spoel omgeven wordt,verandert de inductantie � van de spoel in functie
<EMI ID=3.1> ook de impedantie Z zijn dus een maat voor de stand van de staaf in de spoel en bijgevolg ook voor de stand van het lichaam waarvan de lineaire verplaatsing moet worden gemeten, in het hierboven gegeven voorbeeld van de controlestaaf van
de reactor.
In de bekende inrichtingen van de genoemde soort
is het meettoestel rechtstreeks aangesloten op de klemmen van de spoel, zodat het meettoestel het produkt meet van
de constante stroomsterkte en van de veranderlijke impedantie.
De verandering van de impedantie spruit voort uit de verandering van de weerstand en uit de verandering van
<EMI ID=4.1>
streekse meting door het meettoestel van de spanning over de spoel biedt dus het belangrijke nadeel dat men het produkt meet van de constante stroom met de veranderlijke impedantie waarin de weerstand een grote rol speelt. Het signaal van het meettoestel is in de bekende inrichting rechtstreeks
<EMI ID=5.1>
wenst te kennen, maar ook verandert de waarde die men meet niet alleen in functie van de veranderlijke die men wenst te
<EMI ID=6.1>
de veranderingen van de weerstand. Daarbij speelt ook de wisselstroomweerstand voortgebracht door de wervelstroomverliezen in de staaf een belangrijke rol.
De uitvinding heeft tot doel de storende factoren te elimineren en een doel van de uitvinding is het bekomen in het meettoestel van een signaal dat lineair varieert met
<EMI ID=7.1>
Tot dit doel bevat de inrichting volgens de uitvinding een middel dat een tweede spanning evenredig en in fase met de stroom creëert, een middel om een van de twee spanningen over 90[deg.] te verschuiven, een vermenigvuldiger van de over 90[deg.] verschoven spanning met de andere spanning, en een filter dat enkel het continue gedeelte van het door vermenigvuldiging bekomen signaal doorlaat en aangesloten is op de ingang van het meettoestel.
In een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de inrichting een middel dat een derde spanning creëert die evenredig en in fase met de stroom is en een middel om deze derde spanning van de eerste spanning af te trekken.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding creëert het middel dat een derde spanning creëert die evenredig en in fase met de stroom is, een spanning die gelijk
is aan de componente van de eerste spanning die in fase is met de stroom.
In een zeer doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de inrichting een middel dat een vierde spanning
<EMI ID=8.1>
deze vierde spanning aan de eerste spanning toevoegt.
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hier volgende beschrijving van verschillende uitvoeringsvormen van een inrichting voor het meten van een in hoofdzaak lineaire verplaatsing; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet; de verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde tekeningen.
<EMI ID=9.1> inrichting voor het meten van een in hoofdzaak lineaire verplaatsing.
De figuren 2 tot 6 zijn elektrische schema's van inrichtingen volgens de uitvinding voor het meten van een in hoofdzaak lineaire verplaatsing.
Figuur 7 is een vectoriële voorstelling van impedanties ter toelichting van de werking van de inrichtingen volgens de figuren 1 en 2. Figuur 8 is een vectoriële voorstelling van impedanties ter toelichting van de werking van de inrichting volgens figuur 3. <EMI ID=10.1> danties ter toelichting van de werking van de inrichtingen
<EMI ID=11.1>
Figuur 10 is een vectoriële voorstelling van impedanties ter toelichting van de werking van de inrichting volgens figuur 5.
In de verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde elementen.
De bekende.inrichting volgens figuur 1, die dus geen maatregelen volgens de uitvinding bevat, bevat een spoel 1 die in serie geschakeld is met een stroombron 2 die door de spoel een stroom stuurt met zeer constante
<EMI ID=12.1>
over de spoel 1 is I.Z . Deze spanning wordt gemeten in het meettoestel 3. Indien de voortgebrachte stroom
<EMI ID=13.1>
<EMI ID=14.1>
richting volgens figuur 1 is de faseverschuiving � tussen <EMI ID=15.1>
van de wisselspanning ontvangen door het meettoestel 3 uit-
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
en van de verplaatsingen die de niet getekende staaf in de spoel heeft ondergaan.
De weerstand R is o.m. afhankelijk van de temperatuur, die kan worden gemeten met een thermokoppel, zodat de invloed van de temperatuur op R kan worden berekend en, in beginsel, uit de meting van de spanningsval over de spoel 1 door het toestel 3 de waarde van � kan worden afgeleid. Nochtans zijn de aldus verkregen resultaten totaal onbetrouwbaar, onder meer
<EMI ID=18.1>
eenduidig vast ligt. De waarde van R verandert immers met de verplaatsing van de staaf in de spoel.
Daarenboven zijn de veranderingen van de weerstand R vrij groot ten opzichte van de veranderingen van de reactantie
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
worden bepaald.
De inrichting volgens de uitvinding volgens figuur 2 elimineert uit het signaal dat gemeten wordt door het meettoestel 3 de invloed van het weerstandsgedeelte R van de impedantie van de spoel. Daartoe bevat de inrichting, benevens de stroombron 2, de spoel 1 en het meettoestel 3, ook nog een weerstand 4, een toestel 5 dat een faseverschuiving over 90[deg.] verwezenlijkt, en een toestel 6 dat als vermenigvuldiger en filter werkt.
De weerstand 4 met waarde Rm is in serie geschakeld . met de spoel 1 en de stroombron 2. Zoals in de bekende inrichting volgens figuur 1 ontstaat over de spoel 1 een span- <EMI ID=21.1>
R
<EMI ID=22.1>
van deze spanningsval is gelijk aan Rm I. Het toestel 5 is een integrerende operationele versterker met omkering van teken
<EMI ID=23.1>
waarde van de stroom gelijk is aan I cos w t, dan is de ogenblikkelijke waarde van de spanning aan de ingang van het toestel 5, Rm I cos W t en dan is de uitgaande spanning van het toestel 5, Rm I cos(wt + 90[deg.]). De vermenigvuldiger van het toestel 6 ontvangt dus aan een ingang de eerste spanning gelijk aan de spanningsval over de spoel 1 met als ogenblikkelijke
<EMI ID=24.1>
menigvuldiger van het toestel 6 een tweede spanning vanaf het toestel 5. Deze tweede spanning is evenredig met de stroom maar ijlt over 90[deg.] op de stroom voor ingevolge de voorijling van 90[deg.] bewerkt door het toestel 5. Aan zijn tweede ingang ontvangt de vermenigvuldiger van het toestel 6 dus de wissel-
<EMI ID=25.1>
Het produkt aan de uitgang van de vermenigvuldiger van het toestel 6 is een signaal met volgende waarde :
<EMI ID=26.1>
Dit signaal bevat een wisselcomponente op dubbele frekwentie van de stroom en een continue componente. De wisselcomponente wordt geëlimineerd door het filter van het toestel 6, zodat het signaal dat het meettoestel 3 bereikt evenredig is met
<EMI ID=27.1>
2 2
Toestellen die een vermenigvuldiging uitvoeren en enkel de continue componente van het door vermenigvuldiging bekomen signaal doorlaten zijn algemeen bekend, zodat het toestel 6 niet nader moet worden beschreven.
<EMI ID=28.1>
2
<EMI ID=29.1>
<EMI ID=30.1>
de resistieve componente R van de impedantie van de spoel uitgeschakeld is. In feite wordt door de combinatie van de faseverschuiver 5 en het toestel 6 het principe van een meter voor reactief vermogen verwezenlijkt.
De inrichting volgens figuur 2 meet wel rechtstreeks
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
met het toestel volgens figuur 2, wordt inderdaad de totale spanningsval over de spoel verwerkt in de vermenigvuldiging die uitgevoerd wordt door het toestel 6. Deze totale spanningsval komt voor een groot gedeelte van de resistieve componente van de impedantie voort indien deze resistieve componente over-
<EMI ID=33.1>
slechts een klein deel van het meetbereik aan de ingang van de vermenigvuldiger voor het nuttige deel van het signaal in het meettoestel 3 wordt gebruikt, wat uiteraard een nadelige in-
<EMI ID=34.1>
verholpen door de inrichting volgens figuur 3.
De uitvoeringsvorm volgens figuur 3 verschilt van de
<EMI ID=35.1>
het toestel 6, in plaats van de spanningsval over de spoel 1, deze spanningsval minus een derde spanning evenredig en in fase met de stroom wordt aangelegd.
Daarom bevat de inrichting in serie met de spoel 1, de stroombron 2 en de weerstand Rm 4 ook nog een weerstand Ra 8. De spanningsval over deze weerstand Ra is Ra I, dus <EMI ID=36.1>
stroom. De operationele versterker 9 ontvangt aan één ingang
<EMI ID=37.1>
zijn andere ingang ontvangt de operationele versterker 9 de
<EMI ID=38.1>
derde spanning aan de tweede ingang van de operationele versterker 9 wordt afgetrokken van de eerste spanning aan de eerste ingang, zodat aan de uitgang van de operationele ver-
<EMI ID=39.1>
ning aan de uitgang van de operationele versterker 9 is dus
<EMI ID=40.1>
R - Ra
Verder gelden de redenering en de berekening als in verband met de inrichting volgens figuur 2, evenwel met vervan-
<EMI ID=41.1>
Dus ook hier verandert het signaal rechtstreeks evenredig met
<EMI ID=42.1>
Het verschil tussen de werking van de inrichtingen volgens de figuren 1, 2 en 3 wordt hierna toegelicht onder verwijzing naar de figuren 7 en 8.
Met de bekende inrichting volgens figuur 1 meet men
<EMI ID=43.1>
Indien de resistieve componente van de impedantie
<EMI ID=44.1>
I
<EMI ID=45.1>
<EMI ID=46.1>
gearceerde rechthoek en meet het meettoestel 3 ten slotte een waarde overeenstemmend met de lengte OA.
In de inrichtingen volgens de uitvinding volgens de figuren 2 en 3, geeft het meettoestel 3 een signaal overeen- <EMI ID=47.1>
van de vector O'A (fig.7 en 8).
In de inrichting volgens figuur 2 verkrijgt men in het meettoestel 3 een signaal evenredig met O'A uitgaande van een spanning die aangelegd wordt aan de ingang van het toestel
<EMI ID=48.1>
dere woorden met de lengte van de vector OA (fig. 7 en 8).
In de inichting volgens figuur 3 daarentegen wordt aan de ingang van het toestel 6 vanaf de operationele ver-
<EMI ID=49.1>
of met de lengte van de vector OA' (fig. 8). Het signaal in
<EMI ID=50.1>
De resistieve componente van de impedantie heeft dus relatief minder belang. De verbetering die bekomen wordt met de inrichting volgens figuur 3 ten opzichte van de inrichting volgens figuur 2 is des te groter naargelang Ra minder afwijkt van de te meten waarde van R. Men kiest bij voorbeeld Ra
<EMI ID=51.1>
Alhoewel in figuur 3 de weerstanden 4 en 8 als afzonderlijke elementen werden voorgesteld, kunnen zij ook een zelfde element vormen. De tweede spanning die aangelegd wordt aan de ingang van de faseverschuiver 5 en de derde spanning die aangelegd wordt aan een van de ingangen van de operationele versterker 9 zijn beide in fase en evenredig met de stroom;
ze mogen dezelfde waarde hebben.
Figuur 4 stelt een vereenvoudigd eloktrisch schema voor van een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.
De uitvoeringsvorm volgens figuur 4 verschilt van de uitvoeringsvorm volgens figuur 3, door het feit dat men aan de ingang van het toestel 6, als een van de factoren van de uit te voeren vermenigvuldiging, in plaats van de spanningsval over de spoel 1 verminderd met het produkt van een vaste weer-
<EMI ID=52.1>
Zoals dit ook het geval is in de uitvoeringsvorm volgens figuur 3, ontvangt de als opteller werkende operationele versterker 9 aan een van zijn ingangen een signaal overenstemmend met de spanningsval over de spoel 1, dus Z I .
Het signaal dat bekomen wordt aan de uitgang van de opteller 9 wordt aangelegd aan een van de ingangen van het toestel 6 om er vermenigvuldigd te worden met het signaal afkomstig van het toestel 5, zoals dit ook het geval is in de uitvoeringsvorm volgens figuur 3.
In de uitvoeringsvorm volgens figuur 4 moet door de uitgang van de opteller 9 aan het toestel 6 een signaal door-
<EMI ID=53.1>
resistieve componente R I volledig weggewerkt is.
Daartoe moet aan de andere ingang van de operationele
<EMI ID=54.1>
R I worden aangelegd. Hoe dit signaal R I verkregen wordt, wordt hierna uitgelegd.
Het uitgaand signaal van de opteller 9 wordt ook aangelegd aan de ingang van een toestel 10. Aan zijn andere ingang ontvangt dit toestel 10 een signaal dat een beeld geeft van de stroom I, bij voorbeeld de spanningsval over een in figuur 4 niet voorgestelde weerstand 8. Het toestel 10 voert een vermenigvuldiging uit van de aan de twee ingangen ontvangen signalen en geeft aan zijn uitgang enkel de continue componente van het produkt door. Het toestel 10 werkt dus op dezelfde wijze als het toestel 6.
Het uitgaand signaal van het toestel 10 wordt aangelegd aan een comparator 11 ter vergelijking met een vast signaal
<EMI ID=55.1>
Het uitgaand signaal van de comparator 11 Ep is een maat voor het verschil tussen het ontvangen signaal en de vaste waarde.
<EMI ID=56.1>
lator 12 die anderzijds een signaal ontvangt dat een beeld is van de stroom I. Dit signaal dat een beeld is van de stroom I
<EMI ID=57.1>
serie geschakeld is met de stroombron 2, bij voorbeeld de spanningsval over de weerstand 8.
Het uitgaand signaal van de modulator 12 is in fase
met de stroom I en heeft een waarde R I.
. x.
<EMI ID=58.1>
wordt in de comparator 11 nul is dan is R I = R I. Inderdaad, een uitgaand signaal O aan de uitgang van het toestel 10 betekent dat de spanningen aan de twee ingangen van het toestel
10, die met elkaar worden vermenigvuldigd, vectorieel beschouwd, een hoek van 90[deg.] vormen. Daar een van deze spanningen in fase met I is, heeft de andere geen resistieve componente.
<EMI ID=59.1>
ontvangt en daar zijn uitgangssignaal vrij is van resistieve componente.., ontvangt.hij aan zijn andere ingang ter aftrekking noodzakelijk RI,of met andere woorden R = R.
Het toestel 6 ontvangt dus vanaf de operationele ver-
<EMI ID=60.1>
2
dit signaal rechtstreeks evenredig met de inductantie.
Het verschil tussen de werking van de inrichtingen volgens de figuren 2 en 4 wordt hierna toegelicht onder verwijzing naar figuur 9.
Met de inrichting volgens figuur 2 legt men aan de . ingang van het toestel 6, ter vermenigvuldiging, een signaal aan dat een maat is voor de impedantie OA. Met de inrichting volgens figuur 4 legt men aan de ingang van het toestel 6, ter vermenigvuldiging, een signaal aan dat evenr edig is met deze impedantie OA na vectoriële aftrek van het resistieve gedeelte R van deze impedantie. Van de impedantie wordt dus niet langer een vaste waarde Ra afgetrokken, zoals dit het geval is in de inrichting volgens figuur 3. De werkelijke resistieve componente van de impedantie wordt afgetrokken, zodat aan de ingang van het toestel 6 enkel een signaal wordt <EMI ID=61.1>
die schijnbaar overbodig is aangezien een van de factoren, namelijk het signaal aan de uitgang van de opteller 9, reeds
<EMI ID=62.1>
de uitgang van de opteller 9 een te hoog ruisniveau heeft.
<EMI ID=63.1>
Het punt A uit de gearceerde rechthoek wordt gewoon verlegd
<EMI ID=64.1>
zoals dit nog het geval was met de inrichting volgens figuur 3 (zie figuur 8) , maar wel volgens het in figuur 9 dikker getekende segment dat A' bevat.
In de vermenigvuldiging uitgevoerd door het toestel 6, is dus elke invloed van de resistieve componente van de impedantie van de spoel 1 uitgeschakeld.
De inrichting volgens figuur 5 stemt overeen met de inrichting volgens figuur 3 met dit verschil dat aan de spanningsval over de spoel 1 een vierde spanning toegevoegd is die evenredig is met de stroom en er 90[deg.] op naijlt. Deze vierde spanning is dus in oppositie met de spanningsval veroorzaakt door de reactieve componente van de impedantie van de spoel 1.
In feite wenst men de verandering van de inductantie en niet de absolute waarde ervan te kennen. De invloed van
<EMI ID=65.1>
wordt volgens figuur 5 bereikt door in serie met de spoel een condensator 7 te schakelen die een capacitantie heeft die een vaste waarde heeft maar betrekkelijk dicht de waarde van de reactantie van de spoel benadert.
Aan de ingang van de operationele versterker 9 wordt nu in plaats van de spanningsval over de spoel 1, dus
<EMI ID=66.1>
latief gezien voor een gegeven verandering van de inductantie,
<EMI ID=67.1>
<EMI ID=68.1>
C üj <EMI ID=69.1>
In de inrichting volgens figuur 5 wordt,ter vermenigvuldiging,aan de ingang van het toestel 6 vanaf de operationele versterker 9 een spanning aangelegd die evenredig is
<EMI ID=70.1>
<EMI ID=71.1>
Door de aftrek van de derde spanning Ra I in de operationele versterker 9, verlegt men de voor de vermenigvuldiging in het toestel 6 gebruikte impedantie van
OA naar OA'. Door toepassing van de condensator 7 verlegt men de voor de vermenigvuldiging in het toestel 6 gebruikte impedantie van OA' naar OA". Men verkrijgt dus in het meet-
<EMI ID=72.1>
R - Ra
van de condensator 7 verlegd van de gearceerde zone waarin punt
<EMI ID=73.1>
waarin het punt A" ligt en die gelegen is rond het punt O.
De inrichting volgens figuur 6 verschilt van de inrichting volgens figuur 5 op dezelfde wijze als de inrichting volgens figuur 4 verschilt van de inrichting volgens figuur 3. Op dezelfde wijze als dit verwezenlijkt werd
in figuur 4, vervangt men de aftrek van Ra I door de aftrek van R I. Ook hier wordt de spanningsval over de weerstand 8, dus Ra I, niet rechtstreeks aangebracht aan de ingang van de operationele versterker 9, maar wel onder tussenkomst van de combinatie van elementen beschreven met betrekking op figuur 4, die er voor zorgt dat de resistieve componente van de impedantie Z wordt geëlimineerd. Het meetsignaal in toestel 3
is thans afgeleid van een impedantie die uitsluitend bestaat in de reactantie van de spoel 1 waarvan de door de condensator veroorzaakte capacitantie afgetrokken is. Dit werd ge-illustreerd in figuur 9 waarin de voor de vermenigvuldiging in aanmerking komende impedantie OA' herleid werd tot OA"
<EMI ID=74.1>
6 wordt in feite hoofdzakelijk het veranderlijke deel van de impedantie van de spoel verwerkt in de vermenigvuldiging die uitgevoerd wordt door het toestel 6.
Op te merken valt dat in de praktijk de voorgestelde schema's kunnen worden uitgevoerd met welbekende in de handel
<EMI ID=75.1>
over de meetspoel en de stroomsterkte continu of op geregelde tijdstippen, namelijk een belangrijk aantal malen per periode, ingebracht worden in een digitale rekeneenheid die de verschillende bewerkingen overeenstemmend met de functies van
de hierboven beschreven elementen uitvoert. Zulke rekeneenheid kan verdere correcties in acht nemen, om bij voorbeeld rekening te houden met de niet-lineariteit van de verplaatsing van de staaf en met de wederzijdse beïnvloe-
ding van naast elkaar staande meetspoelen. Een rekeneenheid kan de gegevens van een reeks meetspoelen verwerken door het sequentieel aftasten van de spanningsvallen over de spoelen
en van de stroom.
Overigens is de uitvinding geenszins beperkt tot
de hierboven beschreven uitvoeringen en binnen het raam
van de octrooiaanvrage kunnen aan de beschreven uitvoeringen vele veranderingen worden aangebracht, zonder het raam van
de octrooiaanvrage te buiten te gaan.
<EMI ID=76.1>
tweede spanning, die evenredig is en in fase met de stroom,
een faseverschuiving over 90[deg.] op te leggen, kan men deze faseverschuiving ook opleggen aan de spanningsval over de
spoel.
Apparatus for measuring a substantially linear
displacement ".
The invention relates to a device
for measuring a substantially linear displacement
with a fixed coil whose axis direction corresponds to the direction of the displacement to be measured, a rod whose magnetic permeability differs from that of the environment surrounded by the coil, means for connecting this rod along the axis of the coil
<EMI ID = 1.1>
measured, an alternating current source of constant amplitude
and pulsation connected in series with the coil, and a measuring device of a first voltage across the coil.
Devices of this type are used, inter alia, for measuring the linear displacement of a control rod of a nuclear reactor with water under pressure. The control rod is then the body whose displacement is to be measured and the above-mentioned rod whose magnetic permeability differs from that of the environment surrounded by the coil is then connected to the control rod, so that the two rods move in the same way. The rod connected to the control rod and extending therefrom can move up and down in a sleeve which forms an extension of the reactor vessel. The material of the sleeve and the water filling this sleeve have almost the same magnetic permeability. They form the environment that is surrounded by the coil. The coil is around the sleeve.
<EMI ID = 2.1>
Since the magnetic permeability of the rod moving up and down in the sleeve and thus deeper into or further out of the coil differs from that of the water and that of the sleeve material, i.e. from the environment passing through the coil. surrounded, the inductance changes � of the coil in function
<EMI ID = 3.1> also the impedance Z are therefore a measure of the position of the rod in the coil and therefore also of the position of the body whose linear displacement is to be measured, in the above example of the control rod of
the reactor.
In the known devices of the type mentioned
the measuring device is directly connected to the terminals of the coil, so that the measuring device measures the product of
the constant current and the variable impedance.
The change in impedance results from the change in resistance and from the change in
<EMI ID = 4.1>
Local measurement by the measuring device of the voltage across the coil thus offers the important disadvantage of measuring the product of the constant current with the variable impedance in which the resistance plays a major role. The signal from the measuring device is direct in the known device
<EMI ID = 5.1>
wishes to know, but also the value one measures not only changes according to the variable one wishes to be
<EMI ID = 6.1>
the changes in resistance. The alternating current resistance generated by the eddy current losses in the rod also plays an important role.
The object of the invention is to eliminate the disturbing factors and an object of the invention is to obtain in the measuring device a signal that varies linearly with
<EMI ID = 7.1>
To this end, the device according to the invention comprises a means for creating a second voltage proportional and in phase with the current, a means for shifting one of the two voltages by 90 [deg.], A multiplier of the over 90 [deg.]. ] shifted voltage with the other voltage, and a filter that allows only the continuous part of the signal obtained by multiplication to pass and is connected to the input of the measuring device.
In an advantageous embodiment of the invention, the device includes means for creating a third voltage that is proportional and in phase to the current and means for subtracting this third voltage from the first voltage.
In a particular embodiment of the invention, the means creating a third voltage that is proportional and in phase to the current creates a voltage equal to
is on the component of the first voltage that is in phase with the current.
In a very effective embodiment of the invention, the device includes a means having a fourth voltage
<EMI ID = 8.1>
adds this fourth voltage to the first voltage.
Other particularities and advantages of the invention will become apparent from the following description of various embodiments of a device for measuring a substantially linear displacement; this description is given by way of example only and does not limit the invention; the reference numbers relate to the attached drawings.
<EMI ID = 9.1> device for measuring a substantially linear displacement.
Figures 2 to 6 are electrical diagrams of devices according to the invention for measuring a substantially linear displacement.
Figure 7 is a vector representation of impedances for explaining the operation of the devices of Figures 1 and 2. Figure 8 is a vector representation of impedances for explaining the operation of the device of Figure 3. <EMI ID = 10.1> dances to explain the operation of the establishments
<EMI ID = 11.1>
Figure 10 is a vector representation of impedances for explaining the operation of the device of Figure 5.
In the various figures, the same reference numbers refer to the same elements.
The known device according to figure 1, which therefore does not contain any measures according to the invention, comprises a coil 1 which is connected in series with a current source 2 which sends a current through the coil of very constant.
<EMI ID = 12.1>
across coil 1 is I.Z. This voltage is measured in the measuring device 3. If the generated current
<EMI ID = 13.1>
<EMI ID = 14.1>
direction according to figure 1 is the phase shift � between <EMI ID = 15.1>
of the AC voltage received by the measuring device 3
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
and of the movements the rod (not shown) has undergone in the coil.
The resistance R is inter alia dependent on the temperature, which can be measured with a thermocouple, so that the influence of the temperature on R can be calculated and, in principle, from the measurement of the voltage drop across the coil 1 by the device 3 the value of � can be derived. However, the results thus obtained are totally unreliable, among others
<EMI ID = 18.1>
is unambiguously fixed. After all, the value of R changes with the displacement of the rod in the coil.
In addition, the changes in the resistance R are quite large with respect to the changes in the reactance
<EMI ID = 19.1>
<EMI ID = 20.1>
are determined.
The device according to the invention according to Fig. 2 eliminates from the signal measured by the measuring device 3 the influence of the resistance portion R of the impedance of the coil. To this end, the device comprises, in addition to the current source 2, the coil 1 and the measuring device 3, also a resistor 4, a device 5 that realizes a phase shift by 90 [deg.], And a device 6 that acts as a multiplier and filter.
The resistor 4 with value Rm is connected in series. with the coil 1 and the current source 2. As in the known device according to Figure 1, a voltage <EMI ID = 21.1> is formed across the coil 1.
R.
<EMI ID = 22.1>
of this voltage drop is equal to Rm I. The device 5 is an integrating operational amplifier with inversion of sign
<EMI ID = 23.1>
value of the current is equal to I cos wt, then the instantaneous value of the voltage at the input of the device is 5, Rm I cos W t and then the output voltage of the device is 5, Rm I cos (wt + 90 [the G.]). The multiplier of the device 6 thus receives at an input the first voltage equal to the voltage drop across the coil 1 with the instantaneous
<EMI ID = 24.1>
multiplier of the device 6 a second voltage from the device 5. This second voltage is proportional to the current but sweeps through 90 [deg.] on the current due to the advance of 90 [deg.] processed by the device 5. On second input, the multiplier of device 6 receives the alternating
<EMI ID = 25.1>
The product at the output of the multiplier of the device 6 is a signal with the following value:
<EMI ID = 26.1>
This signal contains an alternating component at double the frequency of the current and a continuous component. The exchange component is eliminated by the filter of the device 6, so that the signal reaching the measuring device 3 is proportional to
<EMI ID = 27.1>
2 2
Apparatuses which perform a multiplication and pass only the continuous component of the signal obtained by multiplication are well known, so that the apparatus 6 does not need to be described in more detail.
<EMI ID = 28.1>
2
<EMI ID = 29.1>
<EMI ID = 30.1>
the resistive component R of the impedance of the coil is turned off. In fact, the combination of the phase shifter 5 and the device 6 realizes the principle of a reactive power meter.
The device according to figure 2 does measure directly
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
with the device according to figure 2, the total voltage drop across the coil is indeed factored into the multiplication performed by device 6. This total voltage drop arises for a large part of the resistive component of the impedance if this resistant component is over-
<EMI ID = 33.1>
only a small part of the measuring range at the input of the multiplier for the useful part of the signal is used in the measuring device 3, which of course has a disadvantageous
<EMI ID = 34.1>
remedied by the device according to figure 3.
The embodiment of Figure 3 differs from the
<EMI ID = 35.1>
the device 6, instead of the voltage drop across the coil 1, this voltage drop minus a third voltage is applied in proportion and phase to the current.
Therefore the device in series with the coil 1, the current source 2 and the resistor Rm 4 also contains a resistor Ra 8. The voltage drop across this resistor Ra is Ra I, so <EMI ID = 36.1>
flow. The operational amplifier 9 receives at one input
<EMI ID = 37.1>
the operational amplifier 9 receives its other input
<EMI ID = 38.1>
The third voltage at the second input of the operational amplifier 9 is subtracted from the first voltage at the first input, so that at the output of the operational amplifier 9
<EMI ID = 39.1>
Thus, at the output of the operational amplifier 9
<EMI ID = 40.1>
R - Ra
Furthermore, the reasoning and calculation apply as in connection with the device according to Figure 2, but with replacement.
<EMI ID = 41.1>
So here too the signal changes directly proportional to
<EMI ID = 42.1>
The difference between the operation of the devices of Figures 1, 2 and 3 is explained below with reference to Figures 7 and 8.
Measurements are taken with the known device according to figure 1
<EMI ID = 43.1>
If the resistive component of the impedance
<EMI ID = 44.1>
I.
<EMI ID = 45.1>
<EMI ID = 46.1>
hatched rectangle and the measuring device 3 finally measures a value corresponding to the length OA.
In the devices according to the invention according to Figures 2 and 3, the measuring device 3 gives a signal corresponding to <EMI ID = 47.1>
of the vector O'A (Figures 7 and 8).
In the device according to Figure 2, a signal proportional to O'A is obtained in the measuring device 3, starting from a voltage applied to the input of the device.
<EMI ID = 48.1>
other words with the length of the vector OA (fig. 7 and 8).
On the other hand, in the device according to figure 3, at the entrance of the device 6 from the operational
<EMI ID = 49.1>
or with the length of the vector OA '(Fig. 8). The signal in
<EMI ID = 50.1>
The resistive component of the impedance is therefore of relatively less importance. The improvement obtained with the device according to figure 3 compared to the device according to figure 2 is all the greater as Ra deviates less from the value of R to be measured. For example, Ra is chosen.
<EMI ID = 51.1>
Although in figure 3 the resistors 4 and 8 have been represented as separate elements, they can also form the same element. The second voltage applied to the input of the phase shifter 5 and the third voltage applied to one of the inputs of the operational amplifier 9 are both in phase and proportional to the current;
they may have the same value.
Figure 4 represents a simplified electrical diagram of another embodiment of the device according to the invention.
The embodiment according to figure 4 differs from the embodiment according to figure 3 in that at the input of the device 6, as one of the factors of the multiplication to be carried out, instead of the voltage drop across the coil 1, the voltage drop across the coil 1 is reduced. product of a fixed weather
<EMI ID = 52.1>
As is also the case in the embodiment according to FIG. 3, the operational amplifier 9 acting as adder receives a signal at one of its inputs corresponding to the voltage drop across the coil 1, i.e. ZI.
The signal obtained at the output of the adder 9 is applied to one of the inputs of the device 6 to be multiplied by the signal from the device 5, as is also the case in the embodiment according to figure 3.
In the embodiment according to Figure 4, a signal must be transmitted through the output of the adder 9 to the device 6.
<EMI ID = 53.1>
resistant component R I is completely eliminated.
This must be done at the other entrance of the operating
<EMI ID = 54.1>
R I are installed. How this signal R1 is obtained is explained below.
The output signal of the adder 9 is also applied to the input of a device 10. At its other input, this device 10 receives a signal which gives an image of the current I, for example the voltage drop across a resistor 8 not shown in Figure 4. Apparatus 10 multiplies the signals received at the two inputs and transmits only the continuous component of the product to its output. The appliance 10 thus functions in the same way as the appliance 6.
The output signal from the device 10 is applied to a comparator 11 for comparison with a fixed signal
<EMI ID = 55.1>
The output signal of the comparator 11 Ep is a measure of the difference between the received signal and the fixed value.
<EMI ID = 56.1>
lator 12 which, on the other hand, receives a signal which is an image of the current I. This signal which is an image of the current I.
<EMI ID = 57.1>
is connected in series with the current source 2, for example the voltage drop across the resistor 8.
The output signal from the modulator 12 is in phase
with the current I and has a value R I.
. X.
<EMI ID = 58.1>
if in comparator 11 is zero then R I = R I. Indeed, an output signal O at the output of the device 10 means that the voltages at the two inputs of the device
10, which are multiplied together, viewed vectorially, form an angle of 90 [deg.]. Since one of these voltages is in phase with I, the other has no resistive component.
<EMI ID = 59.1>
and since its output is free of resistive components, it necessarily receives RI at its other input for subtraction, or in other words R = R.
The device 6 thus receives from the operational
<EMI ID = 60.1>
2
this signal is directly proportional to the inductance.
The difference between the operation of the devices of Figures 2 and 4 is explained below with reference to Figure 9.
With the device according to figure 2, the. input of the device 6 indicates, for multiplication, a signal which is a measure of the impedance OA. With the device according to Figure 4, a signal is applied to the input of the device 6, for multiplication, which signal is proportional to this impedance OA after vectorial subtraction of the resistive portion R from this impedance. A fixed value Ra is therefore no longer subtracted from the impedance, as is the case in the device according to Figure 3. The actual resistive component of the impedance is subtracted, so that only a signal is produced at the input of the device 6. <EMI ID = 61.1>
which is seemingly superfluous since one of the factors, namely the signal at the output of the adder 9, is already
<EMI ID = 62.1>
the output of the adder 9 has too high a noise level.
<EMI ID = 63.1>
The point A in the shaded rectangle is simply moved
<EMI ID = 64.1>
as was still the case with the device according to Fig. 3 (see Fig. 8), but according to the segment, which is shown thicker in Fig. 9, containing A '.
Thus, in the multiplication performed by the device 6, any influence of the resistive component of the impedance of the coil 1 is eliminated.
The device according to Figure 5 corresponds to the device according to Figure 3, with the difference that a fourth voltage is added to the voltage drop across the coil 1, which is proportional to the current and lags behind it by 90 [deg.]. This fourth voltage is thus in opposition to the voltage drop caused by the reactive component of the impedance of the coil 1.
In fact, one wishes to know the change of the inductance and not its absolute value. The impact of
<EMI ID = 65.1>
according to figure 5, is achieved by connecting in series with the coil a capacitor 7 which has a capacitance which has a fixed value but is relatively close to the value of the reactance of the coil.
At the input of the operational amplifier 9, instead of the voltage drop across the coil 1, then
<EMI ID = 66.1>
latively for a given change of inductance,
<EMI ID = 67.1>
<EMI ID = 68.1>
C üj <EMI ID = 69.1>
In the device according to Figure 5, for multiplication, a voltage is applied to the input of the device 6 from the operational amplifier 9 which is proportional
<EMI ID = 70.1>
<EMI ID = 71.1>
By subtracting the third voltage Ra I in the operational amplifier 9, the impedance used for the multiplication in the device 6 is shifted from
OA to OA '. By using the capacitor 7, the impedance used for the multiplication in the device 6 is shifted from OA 'to OA ".
<EMI ID = 72.1>
R - Ra
of the capacitor 7 moved from the shaded area in which point
<EMI ID = 73.1>
in which the point A "lies and which is located around the point O.
The device according to Figure 6 differs from the device according to Figure 5 in the same way that the device according to Figure 4 differs from the device according to Figure 3. In the same way as this was realized
in figure 4, the deduction of Ra I is replaced by the deduction of R I. Here, too, the voltage drop across the resistor 8, i.e. Ra I, is not applied directly to the input of the operational amplifier 9, but through the intervention of the combination of elements described with respect to figure 4, which causes the resistive component of the impedance Z to be eliminated. The measurement signal in device 3
is now derived from an impedance consisting exclusively of the reactance of the coil 1 from which the capacitance caused by the capacitor has been subtracted. This was illustrated in Figure 9 in which the impedance OA 'eligible for multiplication was converted to OA ".
<EMI ID = 74.1>
6, in fact, mainly the variable part of the impedance of the coil is processed in the multiplication performed by the device 6.
It should be noted that in practice the proposed schemes can be implemented with well known in the trade
<EMI ID = 75.1>
over the measuring coil and the current intensity continuously or at regular points in time, i.e. an important number of times per period, are introduced into a digital computing unit that performs the various operations corresponding to the
performs the elements described above. Such a calculation unit can take further corrections, for example to take into account the non-linearity of the displacement of the rod and the mutual influences.
thing of adjacent measuring coils. An arithmetic unit can process the data from a series of measurement coils by sequentially sensing the voltage drops across the coils
and of the current.
Incidentally, the invention is by no means limited to
the versions described above and inside the window
of the patent application, many changes can be made to the described embodiments without the scope of
to go beyond the patent application.
<EMI ID = 76.1>
second voltage, which is proportional and in phase with the current,
to impose a phase shift over 90 [deg.], one can also impose this phase shift on the voltage drop across the
coil.