RU2104477C1

RU2104477C1 - Inductive meter of translations

Info

Publication number: RU2104477C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Ерасов; С.Д. Навроцкий; В.А. Филинов
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1998-02-10

Abstract

FIELD: precision measurements. SUBSTANCE: invention allows both measurement circuits to be sustained under conditions of resonance controlling variable capacitance in each circuit in accord with law C-k L, where C is change of inductance of pickup, thanks to insertion of capacitor 15 or 16 with variable capacitance, capacitor 17 or 18 with constant capacitance, converter 13 or 14 used to control DC voltage of capacitor 15 or 16. EFFECT: enhanced sensitivity, expanded measurement range as compared with prototype. 1 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для точных измерений в различных областях производства. The invention relates to instrumentation and can be used for accurate measurements in various fields of production.

Известен индуктивный дифференциальный преобразователь [1], содержащий автогенератор, измеритель амплитуды, две измерительные цепи, каждая из которых состоит из индуктивного датчика и конденсатора, включенных в цепь обратной связи автогенератора. Однако при последовательном включении измерительных цепей устройство обладает недостаточной точностью. Known inductive differential transducer [1], containing a self-oscillator, an amplitude meter, two measuring circuits, each of which consists of an inductive sensor and a capacitor included in the feedback circuit of the self-oscillator. However, when the measuring circuits are connected in series, the device has insufficient accuracy.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является индуктивный измеритель перемещений [2], содержащий автогенератор, измеритель амплитуды и две измерительные цепи, каждая из которых состоит из индуктивного датчика и конденсатора, включенных в цепь обратной связи автогенератора, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений измерительные цепи включены параллельно, измеритель амплитуды подключен к точкам соединения датчиков с конденсаторами, а датчики образуют дифференциальный преобразователь. The closest analogue taken as a prototype is an inductive displacement meter [2], containing a self-oscillator, an amplitude meter and two measuring circuits, each of which consists of an inductive sensor and a capacitor included in the feedback loop of the self-oscillator, characterized in that in order to increase measuring accuracy, the measuring circuits are connected in parallel, the amplitude meter is connected to the connection points of the sensors with capacitors, and the sensors form a differential transducer.

Из-за того, что каждая LC-цепь имеет свою собственную резонансную частоту, которая меняется при изменении индуктивности L, измеритель перемещений обладает переменной чувствительностью и, следовательно, нелинейной функцией преобразования, что повышает погрешность измерения и сужает диапазон. Due to the fact that each LC circuit has its own resonant frequency, which changes with a change in the inductance L, the displacement meter has a variable sensitivity and, therefore, a nonlinear conversion function, which increases the measurement error and narrows the range.

Задача изобретения - повысить точность и расширить диапазон измерения. The objective of the invention is to increase accuracy and expand the measurement range.

Для этого в индуктивный измеритель перемещений, содержащий автогенератор, две параллельные измерительные цепи, включенные в цепь обратной связи автогенератора, каждая из которых состоит из конденсатора и индуктивного датчика, образующего с другим индуктивным датчиком дифференциальный преобразователь, и измеритель амплитуды, подключенный к точкам соединения датчиков с конденсаторами, в каждую измерительную цепь введены два последовательно соединенных конденсатора с постоянной и переменной емкостями, подключенные параллельно исходному конденсатору, и выпрямитель, вход которого подключен к точке соединения индуктивного датчика с измерителем амплитуды, а выход - к выводу конденсатора с переменной емкостью. Емкость конденсатора управляется напряжением постоянного тока, подаваемого с выхода выпрямителя. Благодаря такой схеме измерителя перемещений удается поддерживать обе измерительные цепи в условиях резонанса, управляя переменной емкостью в каждой цепи по закону ΔC = -kΔL, где ΔC - изменение переменной емкости, k - константа, ΔL - изменение индуктивности датчика. Каждая LC-цепь при изменении ΔL сохраняет максимальную чувствительность. Так как индуктивные датчики образуют дифференциальный преобразователь, при сохранении резонансной частоты каждой измерительной цепью рабочий интервал датчиков становится линейным, что расширяет диапазон измерений по сравнению с прототипом. To do this, in an inductive displacement meter containing an oscillator, two parallel measuring circuits included in the feedback circuit of the oscillator, each of which consists of a capacitor and an inductive sensor, forming a differential converter with another inductive sensor, and an amplitude meter connected to the connection points of the sensors with capacitors, two series-connected capacitors with constant and variable capacitance connected in parallel to the output are introduced into each measuring circuit th capacitor and a rectifier, the input of which is connected to the point of connection of the inductive sensor meter amplitude, and the output - to the conclusion of the capacitor with variable capacitance. The capacitance of the capacitor is controlled by the DC voltage supplied from the output of the rectifier. Thanks to this displacement meter circuit, it is possible to maintain both measuring circuits under resonance conditions by controlling the variable capacitance in each circuit according to the law ΔC = -kΔL, where ΔC is the change in the variable capacitance, k is the constant, ΔL is the change in the inductance of the sensor. Each LC circuit, when changing ΔL, maintains maximum sensitivity. Since inductive sensors form a differential converter, while maintaining the resonant frequency of each measuring circuit, the working interval of the sensors becomes linear, which extends the measurement range compared to the prototype.

Схема индуктивного измерителя перемещений представлена на чертеже. The circuit of an inductive displacement meter is shown in the drawing.

Измеритель содержит индуктивные датчики 1 и 2, конденсаторы 3 и 4, кольцевой диодный детектор 5-8, измеритель 9 амплитуды, автогенератор на транзисторах 10 и 11, трансформатор 12, выпрямители 13 и 14, конденсаторы переменной емкости, управляемые напряжением постоянного тока (варикапы) 15 и 16, конденсаторы постоянной емкости 17 и 18. The meter contains inductive sensors 1 and 2, capacitors 3 and 4, a ring diode detector 5-8, an amplitude meter 9, an oscillator on transistors 10 and 11, a transformer 12, rectifiers 13 and 14, variable capacitors, controlled by DC voltage (varicaps) 15 and 16, constant capacitors 17 and 18.

Устройство работает следующим образом. Когда единый стержень индуктивных датчиков 1 и 2, являющийся подвижным элементом (измерительным стержнем) измерителя перемещений, находится в исходном состоянии, обе параллельные цепи симметричны, измеритель перемещений находится в резонансном режиме, измеритель амплитуды показывает нулевой сигнал. Смещение измерительного стержня индуктивных датчиков от нейтрального положения на величину Δl вызовет увеличение индуктивности одного датчика и уменьшение индуктивности другого на одну и ту же величину. Положим, что величина индуктивности датчика 1 уменьшилась на величину ΔL. Это уменьшит напряжение на выходе преобразователя 13, которое управляет варикапом 16. Емкость варикапа увеличится на величину ΔC = -k₁ΔL, где k₁ - константа, определяемая значениями исходных номиналов элементов измерительной цепи и условием ее резонанса LC = const.The device operates as follows. When a single rod of inductive sensors 1 and 2, which is a moving element (measuring rod) of the displacement meter, is in the initial state, both parallel circuits are symmetrical, the displacement meter is in resonance mode, the amplitude meter shows a zero signal. The shift of the measuring rod of inductive sensors from the neutral position by Δl will increase the inductance of one sensor and decrease the inductance of the other by the same value. Suppose that the inductance of sensor 1 decreased by ΔL. This will reduce the voltage at the output of the converter 13, which controls the varicap 16. The capacitance of the varicap will increase by ΔC = -k ₁ ΔL, where k ₁ is a constant determined by the values of the initial values of the elements of the measuring circuit and the condition of its resonance LC = const.

Увеличение емкости измерительной цепи компенсирует уменьшение ее индуктивности, что приведет к сохранению резонансной частоты цепи, равной частоте колебаний автогенератора. Аналогичные явления, но противоположного знака произойдут во второй измерительной цепи. Благодаря этому чувствительность устройства сохраняет свое наибольшее значение во всем измерительном диапазоне датчиков, что увеличивает точность измерения и расширяет диапазон измерений по сравнению с прототипом. Так как величина индуктивности датчиков в обеих измерительных цепях изменяется в условиях резонанса на одну и ту же величину, но имеет противоположные знаки, измеритель 9 амплитуд будет отмечать разность потенциалов линейно, пропорциональную примерно 2ΔL, а именно: ΔU = 2iωΔL = k•Δl, где ΔU - разность потенциалов, i - величина тока в цепях, ω - резонансная частота, k - коэффициент преобразования перемещения измерительного стержня в разность потенциалов, т.е. функция преобразования в напряжение имеет линейный вид, что также является преимуществом указанного измерителя перед прототипом. An increase in the capacitance of the measuring circuit compensates for a decrease in its inductance, which will lead to maintaining the resonant frequency of the circuit equal to the oscillation frequency of the oscillator. Similar phenomena, but of the opposite sign, will occur in the second measuring circuit. Due to this, the sensitivity of the device retains its greatest value in the entire measuring range of the sensors, which increases the accuracy of the measurement and extends the measurement range in comparison with the prototype. Since the inductance value of the sensors in both measuring circuits changes by the same value under resonance conditions but has opposite signs, the amplitude meter 9 will note the potential difference linearly proportional to approximately 2ΔL, namely: ΔU = 2iωΔL = k • Δl, where ΔU is the potential difference, i is the current value in the circuits, ω is the resonant frequency, k is the conversion coefficient of the movement of the measuring rod into the potential difference, i.e. the function of converting to voltage has a linear form, which is also an advantage of the specified meter over the prototype.

Claims

An inductive displacement meter containing a self-oscillator, two parallel measuring circuits included in the feedback loop of the self-oscillator, each of which consists of a capacitor and an inductive sensor, forming a differential converter with another inductive sensor, and an amplitude meter connected to the connection points of the sensors with capacitors, different the fact that it is equipped with two pairs of series-connected capacitors of constant and variable capacitance, each of which is connected in parallel corresponding capacitor in the measuring circuit, and two rectifiers, each of which is connected with its input parallel with the inductive sensor in the corresponding measuring circuit, and the output terminal of respective capacitor with variable capacitance.