RU2215985C2 - Method of compensation for temperature error of inductive primary converter - Google Patents
Method of compensation for temperature error of inductive primary converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2215985C2 RU2215985C2 RU2001114179/09A RU2001114179A RU2215985C2 RU 2215985 C2 RU2215985 C2 RU 2215985C2 RU 2001114179/09 A RU2001114179/09 A RU 2001114179/09A RU 2001114179 A RU2001114179 A RU 2001114179A RU 2215985 C2 RU2215985 C2 RU 2215985C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- primary converter
- inductive primary
- signal
- inductive
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технике и научных исследованиях в ядерной и тепловой энергетике для измерения электрических и неэлектрических величин, в средах с высокими, изменяющимися и неравномерными температурными полями, с помощью индуктивных первичных преобразователей (ИПП). The invention relates to measuring technique and can be used in engineering and scientific research in nuclear and thermal energy to measure electrical and non-electrical quantities, in environments with high, variable and uneven temperature fields, using inductive primary transducers (IPP).
Техническими результатами являются: улучшение метрологических характеристик индуктивных первичных преобразователей и расширение области применения этих преобразователей. Technical results are: improving the metrological characteristics of inductive primary converters and expanding the scope of these converters.
Важной технической характеристикой таких преобразователей являются составляющие погрешности измерений: уход нуля (аддитивная) и изменение чувствительности (мультипликативная). Основные источники этих погрешностей - высокие, резко изменяющиеся и неравномерные температуры среды, окружающие эти преобразователи. Величины этих погрешностей могут быть значительными при больших диапазонах изменения температуры среды. An important technical characteristic of such converters is the components of the measurement error: zero drift (additive) and sensitivity change (multiplicative). The main sources of these errors are high, sharply changing and uneven ambient temperatures surrounding these converters. The values of these errors can be significant for large ranges of changes in the temperature of the medium.
Существует несколько способов, уменьшающих эти погрешности. There are several ways to reduce these errors.
Так, известен способ (KARA A. Differertfial Transformer with Temperature and Exutation - Independent Output. IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MESUREMENT, vol.IM-21, N3, p.243-255, auqust 1972), состоящий в компенсации влияния температуры на характеристики ИПП путем формирования выходного сигнала в виде отношения разности падений напряжений на вторичных обмотках к их сумме. Питание ИПП осуществляется от источника напряжения или от источника тока. Thus, a method is known (KARA A. Differertfial Transformer with Temperature and Exutation - Independent Output. IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MESUREMENT, vol. IM-21, N3, p.243-255, auqust 1972), which consists in compensating the influence of temperature on the characteristics IPP by forming the output signal in the form of the ratio of the difference between the voltage drops on the secondary windings to their total. The IPP is powered from a voltage source or from a current source.
Способ основан на допущениях, что вторичные обмотки полностью идентичны по своим геометрическим и электрическим параметрам; относительное перемещение сердечника много меньше единицы, изменение магнитной проницаемости сердечника с температурой незначительны; температурные изменения геометрии преобразователя пренебрежимо малы. В этом случае напряжения на вторичных обмотках U1 и U2 можно представить в вице двух независимых функций Н(Т, f, I) и F(x). Таким образом,
U1=KхH(T, f, I)хF(x);
U2=KхH(T, f, I)хF(x);
где х - перемещение плунжера от центра первичной обмотки;
f - частота питания первичной обмотки;
I - сила тока в первичной обмотке;
Т - температура ссужающей среды;
К - коэффициент, зависящий от конструкций преобразователя.The method is based on the assumptions that the secondary windings are completely identical in their geometric and electrical parameters; relative movement of the core is much less than unity; changes in the magnetic permeability of the core with temperature are insignificant; temperature changes in the geometry of the transducer are negligible. In this case, the voltage on the secondary windings U 1 and U 2 can be represented in the vice of two independent functions H (T, f, I) and F (x). Thus,
U 1 = KxH (T, f, I) xF (x);
U 2 = KxH (T, f, I) xF (x);
where x is the movement of the plunger from the center of the primary winding;
f is the power frequency of the primary winding;
I is the current strength in the primary winding;
T is the temperature of the lending medium;
K is a coefficient depending on the design of the Converter.
Тогда сформированный сигнал
После произведенных алгебраических преобразований видно, что Uвых функция только перемещения сердечника (х) и не зависит от температуры.Then the generated signal
After the algebraic transformations performed, it is clear that the U o function is only the movement of the core (x) and does not depend on temperature.
Недостаток этого способа в том, что при высоких температурах и при различных частотах питания, когда допущения, приведенные выше, становятся некорректными, появляется зависимость чувствительности ИПП от температуры. Кроме того, данный способ не уменьшает погрешности ИПП, обусловленные неравномерным разогревом ИПП при работе их в средах с высокими и быстро изменяющимися температурами. The disadvantage of this method is that at high temperatures and at different supply frequencies, when the assumptions above become incorrect, a dependence of the sensitivity of the IPP on temperature appears. In addition, this method does not reduce the errors of the IPP, due to the uneven heating of the IPP when they work in environments with high and rapidly changing temperatures.
Известен способ компенсации температурной погрешности [В.В. Лебединский, Ю. В Милосердии, Н.Ф. Чеботарев. Измерительные схемы для широкодиапазонных индуктивных преобразователей//Реакторные материалы. М. : Энергоатомиздат, 1983, с. 58-62] , по которому переменное напряжение подают на делитель напряжения, образованный катушками индуктивности L1 и L2, первичного дифференциального индуктивного преобразователя. Падение напряжения на каждой катушке преобразователя определяется положением сердечника преобразователя. Эти напряжения подают на преобразователи средневыпрямленного значения (ПСЗ), а затем на фильтры нижних частот (ФНЧ). Постоянные напряжения, полученные с фильтров нижних частот, суммируют, усиливают усилителем постоянного тока (УПТ) и затем регистрируют на отсчетном устройстве.A known method of compensating for temperature error [V.V. Lebedinsky, Yu. In Mercy, N.F. Chebotarev. Measuring schemes for wide-range inductive converters // Reactor materials. M.: Energoatomizdat, 1983, p. 58-62], in which an alternating voltage is supplied to a voltage divider formed by the inductors L 1 and L 2 of the primary differential inductive converter. The voltage drop across each coil of the converter is determined by the position of the core of the converter. These voltages are fed to the converters of the average rectified value (PSZ), and then to the low-pass filters (low-pass filters). Constant voltages obtained from low-pass filters are summed, amplified by a direct current amplifier (DCT) and then recorded on a reading device.
Уменьшение температурной погрешности, возникающей при разной температуре катушек первичного преобразователя, при таком способе измерения происходит из-за нечувствительности схемы к изменениям фазовых углов сдвига в катушках преобразователя L1 и L2 и за счет минимизации длины преобразователя.Reducing the temperature error that occurs at different temperatures of the coils of the primary transducer with this measurement method occurs due to the insensitivity of the circuit to changes in phase angles of shift in the transducer coils L 1 and L 2 and by minimizing the length of the transducer.
К недостаткам такого способа относится ограничение, накладываемое на длину первичного преобразователя. Кроме того, при разной температуре катушек L1 и L2 первичного преобразователя или ее быстром изменении изменяется полное сопротивление катушек индуктивности, что приводит не только к изменению фазовых углов сдвига, но и к изменению амплитуды переменного напряжения, что, в свою очередь, приводит к аддитивной погрешности, не компенсируемой данной измерительной схемой. Все вышесказанное снижает точность измерений индуктивных первичных преобразователей и сужает область их применения.The disadvantages of this method include the restriction imposed on the length of the primary Converter. In addition, at different temperatures of the coils L 1 and L 2 of the primary converter or its rapid change, the total resistance of the inductors changes, which leads not only to a change in the phase angles of shift, but also to a change in the amplitude of the alternating voltage, which, in turn, leads to additive error not compensated by this measurement circuit. All of the above reduces the accuracy of measurements of inductive primary transducers and narrows their scope.
Повышение точности в предлагаемом способе компенсации температурной погрешности индуктивного первичного преобразователя, содержащего как минимум две катушки индуктивности, достигается тем, что суммируют напряжение переменного тока с напряжением постоянного тока, питают этой суммой напряжений индуктивный первичный преобразователь, отфильтровывают переменные напряжения, получаемые с индуктивного первичного преобразователя, фильтром верхних частот, детектируют (выпрямляют) их, суммируют, усиливают, считая этот сигнал рабочим, отфильтровывают напряжения постоянного тока, получаемые с индуктивного первичного преобразователя, фильтрами нижних частот, вычитают одно напряжение из другого, усиливают его на экспериментально подобранный коэффициент, считая этот сигнал корректирующим, вычитают из рабочего сигнала корректирующий сигнал и регистрируют. Improving the accuracy in the proposed method of compensating for the temperature error of an inductive primary converter containing at least two inductors is achieved by summing the AC voltage with the DC voltage, feeding the inductive primary converter with this sum of voltages, filtering the alternating voltages received from the inductive primary converter, high-pass filter, detect (straighten) them, summarize, amplify, considering this signal working, trovyvayut DC voltage derived from the primary inductive transducer, a lowpass filter, one is subtracted from another voltage, increase it on the experimentally chosen coefficient, assuming that the correction signal is subtracted from the operating signal a correction signal and recorded.
Основные признаки данного изобретения: питание индуктивного первичного преобразователя комбинированным напряжением, состоящим из суммы переменного и постоянного напряжений; фильтрация (выделение) синусоидального и постоянного напряжений, получаемых с индуктивного первичного преобразователя, вычитание из рабочего сигнала корректирующего сигнала. The main features of this invention: the power of the inductive primary converter with a combined voltage, consisting of the sum of AC and DC voltages; filtering (isolating) the sinusoidal and constant voltages received from the inductive primary converter, subtracting the correction signal from the working signal.
При питании индуктивного первичного преобразователя, содержащего как минимум две катушки индуктивности, суммой переменного синусоидального и постоянного напряжений, снимаемое с катушек индуктивности индуктивного первичного преобразователя переменное напряжение зависит от полного (активного и реактивного) сопротивления катушек индуктивности. Реактивное сопротивление катушек индуктивности, в свою очередь, определяется положением чувствительного элемента (например, сердечника) индуктивного первичного преобразователя, и в этом случае изменение переменного напряжения на катушках индуктивности является полезным измеряемым сигналом. При неравномерном или неодинаковом прогреве катушек индуктивности их полное сопротивление будет изменяться неодинаково, но в этом случае изменение переменного напряжения на катушках индуктивности обусловленною аддитивной и мультипликативной погрешностями индуктивного первичного преобразователя. Постоянное напряжение на катушках индуктивности будет зависеть только от омического сопротивления катушек индуктивности и не будет зависеть от положения чувствительного элемента, вызывающего изменение только реактивной составляющей полного сопротивления ветвей. Разность сигналов постоянного напряжения катушек индуктивности будет пропорциональна неравномерному или неодинаковому их разогреву. Омическое сопротивление катушек индуктивности увеличивается при возрастании температуры. Полное сопротивление ветвей, состоящее практически из активного и индуктивного сопротивлений, также растет с увеличением температуры. Поэтому сигналы с катушек индуктивности постоянного напряжения можно использовать для коррекции температурной погрешности. Сигналы переменного напряжения с катушек индуктивности фильтруются идентичными фильтрами высоких частот, выпрямляются, суммируются или вычитаются (в зависимости от способа включения катушек индуктивности), усиливаются и затем подаются на один из входов корректирующего устройства (вычитателя). Сигналы напряжения постоянного тока с катушек индуктивности фильтруют идентичными фильтрами низких частот, усиливают дифференциальным усилителем (с определенным коэффициентом передачи), подают на второй вход корректора. В качестве корректора, для уменьшения аддитивной погрешности, может быть использован дифференциальный усилитель, включенный по схеме вычитателя. Для уменьшения изменения коэффициента передачи ИПП (мультипликативной погрешности) сигналы постоянного тока усиливают дифференциальным усилителем, выход которого соединен с одним из входов умножителя, на второй вход которого подается сигнал, полученный из отфильтрованных, выпрямленных, обработанных, усиленных сигналов переменного тока. Коэффициент передачи дифференциального усилителя подбирается при настройке. When feeding an inductive primary converter containing at least two inductors, the sum of alternating sinusoidal and constant voltage, the alternating voltage taken from the inductors of the inductive primary converter depends on the total (active and reactive) resistance of the inductors. The reactance of the inductance coils, in turn, is determined by the position of the sensing element (for example, the core) of the inductive primary converter, in which case the change in the alternating voltage across the inductors is a useful measured signal. With uneven or unequal heating of the inductors, their total resistance will vary unequally, but in this case, the change in the alternating voltage on the inductors is due to the additive and multiplicative errors of the inductive transformer. The constant voltage across the inductors will depend only on the ohmic resistance of the inductors and will not depend on the position of the sensing element, causing a change only in the reactive component of the branch impedance. The difference between the DC voltage signals of the inductors will be proportional to their uneven or uneven heating. The ohmic resistance of inductors increases with increasing temperature. The total resistance of the branches, consisting practically of the active and inductive resistances, also increases with increasing temperature. Therefore, the signals from the DC inductors can be used to correct the temperature error. AC voltage signals from inductors are filtered by identical high-pass filters, rectified, summed or subtracted (depending on how the inductors are turned on), amplified and then fed to one of the inputs of the correcting device (subtractor). The DC voltage signals from the inductors are filtered by identical low-pass filters, amplified by a differential amplifier (with a certain transmission coefficient), and fed to the second input of the corrector. As a corrector, to reduce the additive error, a differential amplifier can be used, included in the scheme of the subtractor. To reduce the change in the transmission coefficient of the IPP (multiplicative error), the DC signals are amplified by a differential amplifier, the output of which is connected to one of the inputs of the multiplier, to the second input of which a signal is obtained from the filtered, rectified, processed, amplified AC signals. The gain of the differential amplifier is selected during tuning.
Предлагаемый способ повышает точность измерения за счет уменьшения ухода нуля и изменения чувствительности (аддитивной погрешности) в вышеуказанных преобразователях, работающих в средах с высокими, резко изменяющимися и неравномерными температурными полями. The proposed method improves the accuracy of the measurement by reducing the zero drift and changing the sensitivity (additive error) in the above converters operating in environments with high, sharply changing and uneven temperature fields.
Для уменьшения аддитивной погрешности из рабочего сигнала вычитается корректирующий сигнал, умноженный на определенный, подобранный коэффициент. To reduce the additive error, a correction signal multiplied by a certain, selected coefficient is subtracted from the working signal.
Способ расширяет область применения индуктивных измерительных преобразователей за счет возможности работы преобразователя в жестких и переменных во времени температурных условиях. Причем эти технические результаты достигаются без увеличения габаритных размеров первичных преобразователей и введения в них дополнительных элементов, что является важным фактором при размещении преобразователя во внутриреакторных устройствах. The method expands the field of application of inductive measuring transducers due to the possibility of operation of the transducer in hard and time-variable temperature conditions. Moreover, these technical results are achieved without increasing the overall dimensions of the primary converters and introducing additional elements into them, which is an important factor when placing the converter in the in-reactor devices.
Функциональная схема устройства, реализующего заявленный способ, представлена на фиг.1, где:
1 - первичный дифференциальный измерительный преобразователь
2, 3 - катушки дифференциально измерительного преобразователя
4 - источник постоянного напряжения
5 - источник переменного напряжения
6,7 - идентичные детекторы (выпрямители)
8 - дифференциальный усилитель с двумя дополнительными входами
9, 10 - фильтры верхних частот
11, 12 - фильтры нижних частот
13 - второй дифференциальный усилитель
14 - сумматор
15 - третий дифференциальный усилитель Напряжение питания постоянного тока с источника напряжения 4 и с генератора синусоидального напряжения 5 суммируют сумматором 14 и подают на индуктивный первичный преобразователь 1, имеющей две катушки индуктивности 2 и 3. Синусоидальное напряжение с ветвей 2 и 3 фильтруют идентичными фильтрами верхних частот 9 и 10, выпрямляют идентичными детекторами 6 и 7, усиливают дифференциальными усилителями 8, 13 с одинаковыми коэффициентами усиления и после усилителя 13 регистрируют одним каналом двухлучевого осциллографа.Functional diagram of a device that implements the claimed method is presented in figure 1, where:
1 - primary differential measuring transducer
2, 3 - differential transmitter coils
4 - constant voltage source
5 - AC voltage source
6.7 - identical detectors (rectifiers)
8 - differential amplifier with two additional inputs
9, 10 - high-pass filters
11, 12 - low-pass filters
13 - second differential amplifier
14 - adder
15 - third differential amplifier The DC voltage from the voltage source 4 and from the sinusoidal voltage generator 5 is summed by the adder 14 and fed to the inductive
Напряжение постоянного тока с катушек индуктивности ветвей 2, 3 индуктивного первичного преобразователя фильтруют идентичными фильтрами нижних частот 11, 12, усиливают дифференциальным усилителем 15, с выхода которого сигнал подают на дополнительный суммирующий вход дифференциального усилителя 8 после которого сигнал регистрируют вторым каналом двухлучевого осциллографа. The DC voltage from the inductance coils of the branches 2, 3 of the inductive primary converter is filtered by identical low-pass filters 11, 12, amplified by a differential amplifier 15, the output of which is fed to the additional summing input of the differential amplifier 8 after which the signal is recorded by the second channel of the two-beam oscilloscope.
Схема собрана и настроена так, что при разбалансе ветвей 2, 3, представляющих собой катушки индуктивности индуктивного первичного преобразователя, вызванного различными температурами этих ветвей, сигнал разбаланса (ухода нуля), появляющийся на выходе дифференциального усилителя 13, компенсируется сигналом с дифференциального усилителя 15, поданного на дополнительный вход дифференциального усилителя 8. The circuit is assembled and configured so that when the branches 2, 3 are unbalanced, which are the inductance coils of the inductive primary converter caused by the different temperatures of these branches, the unbalance (zero) signal appearing at the output of the differential amplifier 13 is compensated by the signal from the differential amplifier 15, applied to the additional input of the differential amplifier 8.
На фиг.2 приведены осциллограммы влияния кратковременного нагрева (15 с, t= 850oC) рабочей катушки индуктивности (ветвь 2) индуктивного первичного преобразователя при нулевом измеряемом сигнале Х на выходные сигналы устройства.Figure 2 shows the oscillograms of the influence of short-term heating (15 s, t = 850 o C) of the working inductance coil (branch 2) of the inductive primary converter with a zero measured signal X on the output signals of the device.
На фиг.3 приведены осциллограммы влияния кратковременного нагрева (15 с; t= 800oС) компенсационной катушки индуктивности (ветвь 3) индуктивного первичного преобразователя при нулевом измеряемом сигнале Х на выходные сигналы устройства.Figure 3 shows the oscillograms of the influence of short-term heating (15 s; t = 800 ° C) of the compensation inductance coil (branch 3) of the inductive primary converter with a zero measured signal X on the output signals of the device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001114179/09A RU2215985C2 (en) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | Method of compensation for temperature error of inductive primary converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001114179/09A RU2215985C2 (en) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | Method of compensation for temperature error of inductive primary converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001114179A RU2001114179A (en) | 2003-05-10 |
| RU2215985C2 true RU2215985C2 (en) | 2003-11-10 |
Family
ID=32026613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001114179/09A RU2215985C2 (en) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | Method of compensation for temperature error of inductive primary converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2215985C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2555200C2 (en) * | 2013-08-06 | 2015-07-10 | Феликс Матвеевич Медников | Method of temperature compensation of inductive position sensor and device for its implementation |
-
2001
- 2001-05-23 RU RU2001114179/09A patent/RU2215985C2/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЛЕБЕДИНСКИЙ В.В. и др. Измерительные схемы для широкодиапазонных индуктивных преобразователей. Реакторные материалы, - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.58-62. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2555200C2 (en) * | 2013-08-06 | 2015-07-10 | Феликс Матвеевич Медников | Method of temperature compensation of inductive position sensor and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4160204A (en) | Non-contact distance measurement system | |
| US5525900A (en) | Method for determining the displacement of an object of an electrically conducting material | |
| Crescini et al. | Application of an FFT-based algorithm to signal processing of LVDT position sensors | |
| US5522269A (en) | Apparatus and method for transducing torque applied to a magnetostrictive shaft while minimizing temperature induced variations | |
| US4305035A (en) | Magnetic field amplitude detection sensor apparatus | |
| Zhao et al. | Ultrastable and low-noise self-compensation method for circuit thermal drift of eddy current sensors based on analog multiplier | |
| RU2215985C2 (en) | Method of compensation for temperature error of inductive primary converter | |
| US6822433B1 (en) | Gain and phase detector having dual logarithmic amplifiers | |
| Vyroubal | Eddy-current displacement transducer with extended linear range and automatic tuning | |
| US2444726A (en) | Method and apparatus for determining the magnitude of a condition | |
| RU2194242C2 (en) | Device for building output signal of inductive differential measurement transducer | |
| Sydenham et al. | Low-cost, precision, flat inductive sensor | |
| JP4253084B2 (en) | Load measuring device | |
| RU2675405C1 (en) | Method of indirect measurement by means of the differential sensor and device for its implementation | |
| JP4369909B2 (en) | Magnetic property measuring method and measuring instrument | |
| Liu et al. | Design on LVDT displacement sensor based on AD598 | |
| RU2163350C2 (en) | Meter of linear displacement | |
| Manjula et al. | Signal conditioning circuit of linear variable differential transformer | |
| CN114121459B (en) | Electronic compensation device and method for current transformer | |
| BK et al. | Development of Displacement Measurement Circuit of Linear Variable Differential Transformer. | |
| RU2224979C2 (en) | Former of output signal of inductive differential instrument transducer | |
| Nie et al. | Differential-type integrating GMI magnetic sensor based on orthogonal vector lock-in amplifier | |
| Banjevic et al. | Open-loop CMOS current transducer with low temperature cross-sensitivity | |
| JPH0754274B2 (en) | Torque detection method | |
| SU864100A1 (en) | Device for testing hardeness |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060524 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070920 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |