RU2555200C2 - Method of temperature compensation of inductive position sensor and device for its implementation - Google Patents
Method of temperature compensation of inductive position sensor and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2555200C2 RU2555200C2 RU2013136995/28A RU2013136995A RU2555200C2 RU 2555200 C2 RU2555200 C2 RU 2555200C2 RU 2013136995/28 A RU2013136995/28 A RU 2013136995/28A RU 2013136995 A RU2013136995 A RU 2013136995A RU 2555200 C2 RU2555200 C2 RU 2555200C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- voltage
- inductive
- sensor
- active
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к измерительной технике и может использоваться при автоматизации технологических процессов, в системах гидропривода, испытательных машинах, прессовом оборудовании. В силу их простоты и высокой надежности ввиду отсутствия трущихся сопряжений индуктивные датчики нашли достаточно широкое применение. При использовании датчиков в производственных условиях следует считаться с тем, что импеданс обмотки зависит не только от положения подвижного элемента, но и от изменения температуры эксплуатации, а в случае измерения больших перемещений, исчисляемых сотнями миллиметров, и от градиента температуры вдоль диапазона измерений. Задача термокомпенсации таких датчиков усложняется комплексным характером импеданса распределенной обмотки, что приводит к необходимости устранения температурного ухода как активной, так и реактивной компонент импеданса. Кроме того, при включении обмотки в наиболее часто используемую мостовую схему проблемной является также процедура балансировки моста переменного тока. Если датчик содержит компоненты, выполненные из ферромагнитных материалов, то значительное влияние на точность измерений оказывают также внешние постоянные и низкочастотные магнитные поля, что имеет место, например, в гидроцилиндрах, плунжер и корпус которых часто имеют значительную остаточную намагниченность. В большинстве случаев с целью температурной компенсации индуктивного датчика, имеющего распределенную измерительную обмотку, в него вводится дополнительная компенсационная обмотка, находящаяся по возможности в тех же температурных условиях, что и измерительная обмотка, но импеданс которой не зависит от положения подвижного элемента.The group of inventions relates to measuring equipment and can be used in the automation of technological processes, in hydraulic drive systems, testing machines, and press equipment. Due to their simplicity and high reliability due to the absence of friction mates, inductive sensors have found widespread use. When using sensors in production conditions, it should be taken into account that the impedance of the winding depends not only on the position of the movable element, but also on the change in operating temperature, and in the case of measuring large displacements in the hundreds of millimeters, and on the temperature gradient along the measurement range. The task of thermal compensation of such sensors is complicated by the complex nature of the impedance of the distributed winding, which leads to the need to eliminate the temperature drift of both the active and reactive components of the impedance. In addition, when the winding is included in the most commonly used bridge circuit, the procedure for balancing the AC bridge is also problematic. If the sensor contains components made of ferromagnetic materials, then external permanent and low-frequency magnetic fields also have a significant impact on the measurement accuracy, which occurs, for example, in hydraulic cylinders, the plunger and housing of which often have significant residual magnetization. In most cases, for the purpose of temperature compensation of an inductive sensor having a distributed measuring winding, an additional compensation winding is introduced into it, which, if possible, is in the same temperature conditions as the measuring winding, but whose impedance does not depend on the position of the movable element.
В способе уравновешивания температурного изменения электрических параметров индуктивно-вихретокового преобразователя перемещений по патенту RU 2305824 C1 от 10.09.2007 используется компенсационная катушка, причем компенсационную и измерительную катушки выполняют с идентичными геометрическими и намоточными характеристиками. Обе катушки включают дифференциально и размещают в непосредственной близости друг от друга, исключая электромагнитную связь между ними. Перед операцией контроля в зону электромагнитного действия компенсационной катушки вводят токопроводящий компенсационный элемент из материала, идентичного по электрофизическим свойствам материалу исследуемого контролируемого объекта, и устанавливают между ними постоянный зазор. Недостатками данного способа является сложность его реализации и неполная термокомпенсация, так как невозможно обеспечить полную идентичность характеристик компенсационной и измерительной катушек, а также одинаковые температурные условия при одновременной электромагнитной изоляции их друг от друга.In the method of balancing the temperature change of the electrical parameters of an inductive-eddy current displacement transducer according to patent RU 2305824 C1 of 09/10/2007, a compensation coil is used, wherein the compensation and measuring coils are made with identical geometric and winding characteristics. Both coils include differentially and are placed in close proximity to each other, excluding electromagnetic coupling between them. Before the control operation, a conductive compensation element of a material identical in electrophysical properties to the material of the controlled object under study is introduced into the electromagnetic zone of the compensation coil, and a constant gap is established between them. The disadvantages of this method are the complexity of its implementation and incomplete thermal compensation, since it is impossible to ensure complete identity of the characteristics of the compensation and measuring coils, as well as the same temperature conditions while simultaneously isolating them from each other.
По патенту RU 2215985 C2 от 10.11.2003 известен способ компенсации температурной погрешности индуктивного первичного преобразователя, при котором суммируют напряжение переменного тока с напряжением постоянного тока, питают этой суммой напряжений индуктивный первичный преобразователь, отфильтровывают переменные напряжения, получаемые с индуктивного первичного преобразователя, выпрямляют преобразователями средневыпрямленного значения, фильтруют, суммируют, усиливают, считая этот сигнал рабочим, отфильтровывают напряжения постоянного тока, получаемые с индуктивного первичного преобразователя, вычитают одно напряжение из другого, усиливают его, считая этот сигнал корректирующим, вычитают из рабочего сигнала корректирующий сигнал, умножают эту разность на корректирующий сигнал и регистрируют. Недостатком данного способа является недостаточная точность термокомпенсации, так как она фактически осуществляется с помощью падения напряжения на омическом (собственном) активном сопротивлении измерительной обмотки, которое не зависит от положения подвижного элемента преобразователя, тогда как его рабочий сигнал определяется величиной полного эквивалентного импеданса обмотки, изменяющегося при перемещении подвижного элемента. Кроме того, омическое сопротивление обмотки и ее полный импеданс по-разному зависят от температуры.According to patent RU 2215985 C2 dated 10.11.2003, a method is known for compensating the temperature error of an inductive primary converter, in which the AC voltage is combined with the DC voltage, the inductive primary converter is fed with this sum of voltages, the alternating voltages received from the inductive primary converter are filtered out, and rectified by medium-rectified converters values, filter, sum, amplify, considering this signal working, filter the DC voltage, oluchaemye with the primary inductive transducer, one voltage is subtracted from the other, amplify it, assuming that the correction signal is subtracted from the correction signal, the working signal, multiplying this difference by a correction signal and recorded. The disadvantage of this method is the lack of accuracy of thermal compensation, since it is actually carried out by means of a voltage drop across the ohmic (intrinsic) active resistance of the measuring winding, which does not depend on the position of the moving element of the transducer, while its working signal is determined by the total equivalent impedance of the winding, which changes when moving the movable element. In addition, the ohmic resistance of the winding and its total impedance depend on temperature differently.
В патенте DE 3603950 A1 приведено описание устройства для измерения линейных перемещений, в котором сердечник высокой магнитной проницаемости перемещается внутри протяженной измерительной катушки, что приводит к изменению ее индуктивности, которая измеряется с помощью электронного модуля. Температурная компенсация достигается в этом устройстве за счет дополнительной катушки, располагаемой параллельно, которая имеет одинаковые геометрические размеры и электрические параметры, что и измерительная катушка. Недостатком такого устройства является, помимо его относительной сложности, то, что удовлетворительная для практического использования компенсация температурной погрешности достигается лишь в одной точке измеряемого диапазона перемещений.DE 3603950 A1 describes a device for measuring linear displacements in which a core of high magnetic permeability moves inside an extended measuring coil, which leads to a change in its inductance, which is measured using an electronic module. Temperature compensation is achieved in this device due to an additional coil located in parallel, which has the same geometric dimensions and electrical parameters as the measuring coil. The disadvantage of such a device is, in addition to its relative complexity, that satisfactory for practical use compensation for temperature error is achieved only at one point of the measured range of movement.
В отличие от описанного выше устройства в патенте EP 0339750 A3 предлагается компенсационную обмотку конструктивно располагать на том же каркасе, что и измерительную катушку, но вне пределов взаимодействия с подвижным ферромагнитным сердечником. Недостатками такого исполнения являются значительные по сравнению с диапазоном измерений габариты датчика и влияние градиента температуры вдоль диапазона измерений.In contrast to the device described above, in patent EP 0339750 A3 it is proposed to constructively compensate the winding on the same frame as the measuring coil, but outside the limits of interaction with the movable ferromagnetic core. The disadvantages of this design are significant in comparison with the measurement range of the dimensions of the sensor and the influence of the temperature gradient along the measurement range.
В патенте №509573 (Швейцария) с целью снижения температурной погрешности, обусловленной изменением ее активного сопротивления, предлагается выполнять измерительную катушку из провода с малым температурным коэффициентом сопротивления, например из манганина. Однако это приводит к значительному снижению чувствительности датчика и увеличению его стоимости.In patent No. 509573 (Switzerland), in order to reduce the temperature error due to a change in its active resistance, it is proposed to carry out a measuring coil from a wire with a low temperature coefficient of resistance, for example, from manganin. However, this leads to a significant decrease in the sensitivity of the sensor and an increase in its cost.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу температурной компенсации индуктивного датчика положения и взятым в качестве прототипа является объект по патенту DE 4141065 A1 - способ температурной компенсации индуктивных датчиков, содержащих минимум одну катушку, индуктивность которой пропорциональна значению измеряемой физической величины, а активное сопротивление является мерой температуры окружающей среды. Для раздельного измерения индуктивности катушки и ее активного сопротивления предлагается питать ее от источника импульсного напряжения. Измеренные значения индуктивности и активного сопротивления обмотки подаются на входы микроконтроллера, где в табличной форме фиксируются в его запоминающем устройстве для различных значений температуры окружающей среды. С помощью специального алгоритма микроконтроллер осуществляет коррекцию выходного сигнала индуктивного датчика с учетом текущего значения температуры. К недостаткам способа следует отнести сложность схемотехнической реализации и относительно невысокую точность измерений. Кроме того, не учитывается, что калибровочная характеристика датчика зависит от характера температурных условий: распределения температуры по длине датчика, динамики температуры в различных его сечениях и т.п.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed method of temperature compensation of an inductive position sensor and taken as a prototype is the object according to patent DE 4141065 A1 - a method of temperature compensation of inductive sensors containing at least one coil, the inductance of which is proportional to the value of the measured physical quantity, and the active resistance is a measure of ambient temperature. For separate measurement of the coil inductance and its active resistance, it is proposed to power it from a pulse voltage source. The measured values of the inductance and active resistance of the winding are fed to the inputs of the microcontroller, where they are recorded in tabular form in its memory for various values of the ambient temperature. Using a special algorithm, the microcontroller corrects the output signal of the inductive sensor taking into account the current temperature value. The disadvantages of the method include the complexity of the circuitry implementation and the relatively low accuracy of the measurements. In addition, it does not take into account that the calibration characteristic of the sensor depends on the nature of the temperature conditions: temperature distribution along the length of the sensor, temperature dynamics in its various sections, etc.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству и взятым в качестве прототипа является датчик перемещений, описанный в патенте RU 2127865 C1 от 20.03.1999 (Россия), содержащий измерительную обмотку, равномерно распределенную по длине датчика и охватывающую трубчатый сердечник из магнитомягкого материала. С целью температурной компенсации введена дополнительная обмотка, также распределенная вдоль диапазона измерений, но расположенная ортогонально измерительной обмотке, так что ее импеданс не зависит от положения подвижного элемента. Недостатком такой конструкции является относительная сложность выполнения датчика, что приводит к росту его стоимости. Кроме того, поскольку сердечник, охватываемый обмотками, выполнен из магнитомягкого материала, повышается чувствительность датчика к влиянию внешних магнитных полей.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed device and taken as a prototype is a displacement sensor described in patent RU 2127865 C1 of 03.20.1999 (Russia), containing a measuring winding uniformly distributed along the length of the sensor and covering a tubular core of soft magnetic material . For the purpose of temperature compensation, an additional winding is introduced, also distributed along the measuring range, but located orthogonally to the measuring winding, so that its impedance does not depend on the position of the movable element. The disadvantage of this design is the relative complexity of the sensor, which leads to an increase in its cost. In addition, since the core covered by the windings is made of soft magnetic material, the sensitivity of the sensor to the influence of external magnetic fields is increased.
Задачей и техническим результатом предлагаемых изобретений является упрощение температурной стабилизации индуктивного датчика положения, упрощение его конструкции и уменьшение его себестоимости за счет использования лишь одной, распределенной вдоль диапазона измерений обмотки, выбора оптимальной частоты питания обмотки датчика и упрощения алгоритма термокомпенсации.The objective and technical result of the proposed invention is to simplify the temperature stabilization of the inductive position sensor, simplify its design and reduce its cost by using only one distributed along the measuring range of the winding, choosing the optimal frequency of supply of the sensor winding and simplifying the temperature compensation algorithm.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе температурной компенсации индуктивного датчика положения, содержащего обмотку, импеданс которой зависит от положения подвижного элемента датчика, при котором выделяют активную и индуктивную компоненты напряжения на обмотке датчика, определяют значения активной и индуктивной компонент напряжения на обмотке датчика в широком диапазоне частот и находят оптимальную частоту питания обмотки из условия, что индуктивная компонента напряжения на обмотке линейно зависит от положения подвижного и имеет лишь аддитивную составляющую температурной погрешности в рабочем диапазоне температур, на оптимальной частоте определяют активную и индуктивную компоненты напряжения на обмотке, преобразуют их в соответствующие напряжения постоянного тока UR и UX и формируют из них выходной сигнал в соответствии с соотношениемThe solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the method of temperature compensation of an inductive position sensor containing a winding, the impedance of which depends on the position of the movable element of the sensor, in which the active and inductive components of the voltage on the sensor winding are isolated, the values of the active and inductive components of the voltage on the winding are determined sensor in a wide frequency range and find the optimal frequency of the winding supply from the condition that the inductive component of the voltage across the winding linearly depends on t of the movable position and has only the additive component of the temperature error in the operating temperature range, the active and inductive components of the voltage across the winding are determined at the optimum frequency, they are converted to the corresponding DC voltage U R and U X and the output signal is formed from them in accordance with the ratio
Uout=UX-kUR,U out = U X -kU R ,
где k - постоянный коэффициент, величина которого определяется экспериментально таким образом, чтобы в рабочем диапазоне температур выходной сигнал Uout не зависел от изменения температуры окружающей среды и ее градиента вдоль диапазона измерений.where k is a constant coefficient, the value of which is determined experimentally so that in the operating temperature range the output signal U out does not depend on changes in the ambient temperature and its gradient along the measurement range.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в индуктивном датчике положения, состоящем из распределенной вдоль диапазона измерений обмотки на трубчатом сердечнике в защитном проводящем корпусе, охватывающего его подвижного элемента в виде проводящей трубки и электронного модуля, сердечник обмотки выполнен из немагнитного, непроводящего материала, обмотка питается напряжением определенной частоты от генератора напряжения несущей частоты, на первом дополнительном выходе которого сформирован сигнал прямоугольной формы с частотой несущей и совпадающий с ней по фазе, а на втором дополнительном выходе - сигнал прямоугольной формы с частотой несущей, но сдвинутый относительно нее на 90°, основной выход генератора несущей частоты соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, обмотка датчика включена между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом, причем обратный провод обмотки проходит через внутренний канал сердечника, а общая точка соединения обмотки и инвертирующего входа операционного усилителя через образцовый резистор соединена с землей, выводы обмотки соединены со входами первого инструментального усилителя, выход которого разделяется по двум каналам и соединен со входами двух синхронных демодуляторов, причем управляющий вход одного синхронного демодулятора соединен с первым дополнительном выходом генератора напряжения несущей частоты, управляющий вход другого синхронного демодулятора соединен со вторым дополнительном выходом генератора напряжения несущей частоты, а выходы синхронных демодуляторов подключены ко входам соответствующих фильтров нижних частот, выходы которых соединены со входами масштабирующих усилителей постоянного тока, выходы которых подключены ко входам второго инструментального усилителя, формирующего выходной сигнал датчика как линейную комбинацию напряжений на его входах с коэффициентом, значение которого подбирается экспериментально.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the inductive position sensor, consisting of a winding on a tubular core distributed along the measurement range in a protective conductive housing, covering its movable element in the form of a conductive tube and an electronic module, the winding core is made of non-magnetic, non-conductive material, the winding is powered by a voltage of a certain frequency from a voltage generator of a carrier frequency, at the first additional output of which a square wave signal is generated s with the carrier frequency and coinciding in phase with it, and on the second additional output - a square wave signal with the carrier frequency, but shifted relative to it by 90 °, the main output of the carrier frequency generator is connected to the non-inverting input of the operational amplifier, the sensor winding is connected between the output of the operating amplifier and its inverting input, and the return wire of the winding passes through the internal channel of the core, and the common point of connection of the winding and inverting input of the operational amplifier through the reference rubber the torus is connected to ground, the winding leads are connected to the inputs of the first instrumental amplifier, the output of which is divided by two channels and connected to the inputs of two synchronous demodulators, the control input of one synchronous demodulator connected to the first additional output of the carrier voltage generator, the control input of another synchronous demodulator connected with a second additional output of the carrier voltage generator, and the outputs of synchronous demodulators are connected to the inputs of the corresponding fi low-frequency liters, the outputs of which are connected to the inputs of scaling DC amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the second instrumental amplifier, which forms the sensor output signal as a linear combination of voltages at its inputs with a coefficient whose value is selected experimentally.
На Фигуре 1 схематически изображен индуктивный датчик положения с распределенной вдоль диапазона измерений обмоткой. На Фигуре 2 показана блок-схема электронного модуля, реализующего предлагаемый способ термокомпенсации индуктивного датчика положения. На Фигуре 3 приведены графики зависимости индуктивной и активной компонент импеданса обмотки от изменения температуры окружающей среды при различных частотах питания обмотки.Figure 1 schematically shows an inductive position sensor with a winding distributed along a measurement range. Figure 2 shows a block diagram of an electronic module that implements the proposed method of thermal compensation of an inductive position sensor. The Figure 3 shows graphs of the dependence of the inductive and active components of the impedance of the winding on changes in ambient temperature at different frequencies of the power supply of the winding.
Состав датчика: обмотка 1, сердечник обмотки 2, цилиндрический корпус 3, подвижный элемент 4, разъем 5, фланец с электронным модулем 6 (Фиг.1). Состав электронного модуля: генератор напряжения несущей частоты 7 с основным и двумя дополнительными выходами соответственно Вых, Вых 1, Вых 2, операционный усилитель 8, первый инструментальный усилитель 9, синхронные демодуляторы 10 и 11, фильтры нижних частот 12 и 13, масштабирующие усилители 14 и 15, второй инструментальный усилитель 16, образцовый резистор 17 (Фиг.2).The composition of the sensor: winding 1, the core of the
Заявленные технические решения работают следующим образом.The claimed technical solutions work as follows.
В основе предлагаемых изобретений лежит то обстоятельство, что импеданс распределенной вдоль диапазона измерений обмотки имеет комплексный характер и является частотно-зависимым. Авторами замечено, что при определенной частоте переменного напряжения, питающего датчик, индуктивная компонента импеданса обмотки является линейной функцией положения подвижного элемента, перекрывающего обмотку, в то время как активная компонента импеданса мало зависит от его положения. В дальнейшем будем называть условно эту частоту оптимальной. Второй важной особенностью, выявленной авторами, является то, что на оптимальной частоте питания обмотки в рабочем диапазоне температур зависимость индуктивной компоненты импеданса имеет лишь аддитивную составляющую температурной погрешности, в то время как активная компонента практически прямо пропорциональна изменению температуры окружающей среды. Ввиду того что индуктивная составляющая импеданса имеет лишь аддитивную составляющую температурного ухода, он может быть просто скомпенсирован с помощью активной компоненты импеданса. Другой важной особенностью предлагаемого изобретения является то, что обе компоненты импеданса одновременно распределены вдоль диапазона измерений и поэтому влияние градиента температуры также может быть скомпенсировано чисто алгоритмически.The basis of the proposed inventions is the fact that the impedance distributed along the measuring range of the winding is complex and is frequency-dependent. The authors noted that at a certain frequency of the alternating voltage supplying the sensor, the inductive component of the impedance of the winding is a linear function of the position of the movable element that overlaps the winding, while the active component of the impedance depends little on its position. In the future, we will conventionally call this frequency optimal. The second important feature identified by the authors is that at the optimal frequency of the winding supply in the operating temperature range, the dependence of the inductive component of the impedance has only the additive component of the temperature error, while the active component is almost directly proportional to the change in ambient temperature. Due to the fact that the inductive component of the impedance has only the additive component of the temperature drift, it can be simply compensated by the active component of the impedance. Another important feature of the invention is that both components of the impedance are simultaneously distributed along the measuring range and therefore the influence of the temperature gradient can also be compensated purely algorithmically.
По способу температурной компенсации индуктивного датчика положения его обмотку питают переменным напряжением по схеме, обеспечивающей независимость тока через обмотку от положения подвижного элемента, так что падение напряжения на обмотке прямо пропорционально ее импедансу. Для заданных диапазона измерений, рабочего диапазона температур и выбранных размеров датчика экспериментально определяют значения активной и индуктивной компонент напряжения на обмотке датчика в широком диапазоне частот и находят оптимальную частоту питания обмотки из условия, что индуктивная компонента напряжения на обмотке линейно зависит от положения подвижного и имеет лишь аддитивную составляющую температурной погрешности в рабочем диапазоне температур, на оптимальной частоте определяют активную и индуктивную компоненты напряжения на обмотке, преобразуют их в соответствующие напряжения постоянного тока UR и UX и формируют из них выходной сигнал в соответствии с соотношениемAccording to the method of temperature compensation of an inductive position sensor, its winding is supplied with alternating voltage according to a scheme ensuring the independence of the current through the winding from the position of the movable element, so that the voltage drop across the winding is directly proportional to its impedance. For a given measurement range, operating temperature range and selected sensor sizes, experimentally determine the values of the active and inductive components of the voltage on the sensor winding in a wide frequency range and find the optimal frequency of the winding supply from the condition that the inductive component of the voltage on the winding linearly depends on the position of the moving one and has only the additive component of the temperature error in the operating temperature range, at the optimal frequency, determine the active and inductive components yazheniya on winding convert them into the corresponding DC voltage U R and U X and form one output signal in accordance with the relation
Uout=UX-kUR,U out = U X -kU R ,
где k - постоянный коэффициент, величина которого определяется экспериментально таким образом, чтобы в рабочем диапазоне температур выходной сигнал Uout не зависел от изменения температуры окружающей среды и ее градиента вдоль диапазона измерений.where k is a constant coefficient, the value of which is determined experimentally so that in the operating temperature range the output signal U out does not depend on changes in the ambient temperature and its gradient along the measurement range.
В устройстве, реализующем способ температурной компенсации индуктивного датчика положения, обмотка 1, распределенная вдоль сердечника обмотки 2, помещается в цилиндрический корпус 3, выполненный из немагнитной стали определенной толщины. Один вывод обмотки 1 соединен с контактом K2 разъема 5, а другой вывод проходит через внутреннее отверстие сердечника обмотки 2 и подсоединен к контакту K1 разъема 5, что обеспечивает дополнительную помехозащищенность от внешних электромагнитных полей. Поверх цилиндрического корпуса 3 коаксиально с фиксированным зазором перемещается подвижный элемент 4 в виде трубки из материала с высокой электропроводностью, например из алюминиевого сплава. С помощью фланца с электронным модулем 6 осуществляется крепление датчика к объекту измерения. Предпочтительно, чтобы сердечник обмотки 2 был выполнен из неэлектропроводящего немагнитного материала, например пластика или керамики. Цилиндрический корпус 3 имеет толщину стенки, лежащую в пределах от 0,5 до 2 мм в зависимости от величины внешнего давления и чисто конструктивных соображений. Важно при этом, чтобы электрическая проводимость материала цилиндрического корпуса 3 была в несколько раз меньше, чем электрическая проводимость подвижного элемента 4. Подвижный элемент 4 через цилиндрический корпус 3 оказывает экранирующее воздействие на обмотку 1, вследствие чего в зависимости от относительного положения подвижного элемента 4 при его перемещении вдоль цилиндрического корпуса 3 происходит изменение импеданса обмотки 1, значение которого является мерой положения подвижного элемента 4 относительно неподвижного цилиндрического корпуса 3.In a device that implements a temperature compensation method for an inductive position sensor, the
Обмотка 1 включается между выходом операционного усилителя 8 и его инвертирующим входом, а его неинвертирующий вход соединен с основным выходом Вых генератора напряжения несущей частоты 7. Операционный усилитель 8 и обмотка 1 с помощью образцового резистора 17 включены по схеме преобразования напряжение-ток, при этом величина тока, протекающего через обмотку 1, не зависит от положения подвижного элемента 4 и определяется только величиной образцового резистора 17. Таким образом, падение напряжения на обмотке 1 прямо пропорционально ее импедансу и измеряется с помощью первого инструментального усилителя 9, выход которого разветвляется по двум каналам. Каждый канал содержит соответственно синхронные демодуляторы 10 и 11, фильтры нижних частот 12 и 13, масштабирующие усилители 14 и 15. Выходы масштабирующих усилителей 14 и 15 соединены с входами второго инструментального усилителя 16. Генератор напряжения несущей частоты 8 имеет два дополнительных выхода Вых1 и Вых2, на которых сформированы напряжения прямоугольной формы с той же частотой, что и напряжение U~ на его основном выходе Вых, при этом напряжение на Вых1 находится в фазе с напряжением U~, в то время как напряжение на Вых2 сдвинуто по отношению к ним на 90°. Напряжение с Вых1 подается на управляющий вход синхронного демодулятора 10, а напряжение с Вых2 - на управляющий вход синхронного демодулятора 11. В результате на выходе масштабирующего усилителя 14 формируется сигнал напряжения постоянного тока, пропорциональный активной компоненте напряжения с обмотки 1, а на выходе масштабирующего усилителя 15 - сигнал напряжения постоянного тока, пропорционального индуктивной компоненте напряжения с обмотки 1. С помощью второго инструментального усилителя 16 эти напряжения вычитаются с определенным коэффициентом, значение которого подбирается экспериментально. В результате на его выходе образуется сигнал, величина которого прямо пропорциональна положению подвижного элемента 4 относительно цилиндрического корпуса 3 и практически не зависит от изменения температуры окружающей среды и ее градиента вдоль диапазона измерений.The
Авторы изготовили опытный образец индуктивного датчика положения, реализующего предложенный способ температурной компенсации, со следующими параметрами: диапазон измерения 200 мм, длина корпуса 240 мм, длина подвижной трубки 270 мм, толщина стенки корпуса датчика 0,8 мм, диаметры корпуса и подвижной трубки 9 мм и 12 мм соответственно, материал, из которого они выполнены, - немагнитная сталь и сплав алюминия соответственно. Частота переменного напряжения, питающего обмотку, - 12 кГц (оптимальное значение для данной конструкции). Экспериментальные исследования показали, что на этой частоте температурная погрешность датчика в диапазоне -30+85°C составила 0,01% от диапазона измерения на градус, тогда как на частоте 18 кГц погрешность составила 0,023%, а на частоте 8 кГц - 0,019%.The authors made a prototype of an inductive position sensor that implements the proposed method of temperature compensation, with the following parameters: measuring
На фиг.3 показаны графически зависимости активной R(d,T) и индуктивной X(d,T) компонент импеданса обмотки 1 от температуры T для различных положений d подвижной трубки 4 при различных частотах напряжения, питающего обмотку 1. Видно, что на частоте, называемой оптимальной (в данном случае 12 кГц), температурный уход индуктивной компоненты импеданса обмотки 1 носит чисто аддитивный характер и может быть легко скомпенсирован с помощью активной компоненты этого импеданса. Заметим при этом, что на частотах, меньших или больших оптимальной частоты (в данном случае 18 кГц), температурная зависимость индуктивной компоненты импеданса обмотки 1 носит одновременно как мультипликативный, так и аддитивный характер, и эффективная компенсация температурной погрешности датчика указанным простым способом оказывается невозможной.Figure 3 shows graphically the dependences of the active R (d, T) and inductive X (d, T) components of the impedance of the winding 1 on temperature T for various positions d of the movable tube 4 at various frequencies of the voltage supplying the winding 1. It is seen that at a frequency , called optimal (in this case 12 kHz), the temperature loss of the inductive component of the impedance of the winding 1 is purely additive and can be easily compensated by the active component of this impedance. Note that at frequencies lower than or greater than the optimal frequency (in this case 18 kHz), the temperature dependence of the inductive component of the impedance of the winding 1 is both multiplicative and additive in nature, and it is impossible to effectively compensate the temperature error of the sensor in this simple way.
Claims (2)
Uout=UX-kUR,
где k - постоянный коэффициент, величина которого определяется экспериментально таким образом, чтобы в рабочем диапазоне температур выходной сигнал Uout не зависел от изменения температуры окружающей среды и ее градиента вдоль диапазона измерений.1. The method of temperature compensation of an inductive position sensor containing a winding, the impedance of which depends on the position of the moving element of the sensor, in which the active and inductive components of the voltage on the sensor winding are distinguished, characterized in that they determine the values of the active and inductive components of the voltage on the sensor winding in a wide range frequencies and find the optimal frequency of supply of the winding from the condition that the inductive component of the voltage on the winding linearly depends on the position of the movable element and has only the additive component of the temperature error in the operating temperature range, at the optimal frequency, the active and inductive components of the voltage on the winding are determined, they are converted to the corresponding DC voltage U R and U X and the output signal is formed from them in accordance with the ratio
U out = U X -kU R ,
where k is a constant coefficient, the value of which is determined experimentally so that in the operating temperature range the output signal U out does not depend on changes in the ambient temperature and its gradient along the measurement range.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013136995/28A RU2555200C2 (en) | 2013-08-06 | 2013-08-06 | Method of temperature compensation of inductive position sensor and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013136995/28A RU2555200C2 (en) | 2013-08-06 | 2013-08-06 | Method of temperature compensation of inductive position sensor and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013136995A RU2013136995A (en) | 2015-02-20 |
| RU2555200C2 true RU2555200C2 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53281872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013136995/28A RU2555200C2 (en) | 2013-08-06 | 2013-08-06 | Method of temperature compensation of inductive position sensor and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2555200C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2718758C1 (en) * | 2016-12-19 | 2020-04-14 | Сафран Электроникс Энд Дифенс | Inductive current sensor |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0049304A1 (en) * | 1980-10-07 | 1982-04-14 | Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. Kommanditgesellschaft | Method of compensating for temperature-induced errors in alternating current measurement circuits, particularly remote clearance measurement instruments, and apparatus for carrying out the method |
| SU1737259A1 (en) * | 1990-04-23 | 1992-05-30 | Научно-исследовательский институт физических измерений | Displacement measuring device |
| SU1760310A1 (en) * | 1989-07-11 | 1992-09-07 | Новочеркасский Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе | Distance noncontact measuring device |
| DE4141065A1 (en) * | 1991-12-13 | 1993-06-17 | Vdo Schindling | METHOD FOR TEMPERATURE COMPENSATION OF INDUCTIVE SENSORS |
| RU2121129C1 (en) * | 1996-10-15 | 1998-10-27 | Самарский государственный технический университет | Displacement transducer |
| RU2127865C1 (en) * | 1997-07-24 | 1999-03-20 | Медников Феликс Матвеевич | Gear measuring linear translations ( versions ) |
| RU2215985C2 (en) * | 2001-05-23 | 2003-11-10 | Государственный научный центр Российской Федерации Научно-исследовательский институт атомных реакторов | Method of compensation for temperature error of inductive primary converter |
-
2013
- 2013-08-06 RU RU2013136995/28A patent/RU2555200C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0049304A1 (en) * | 1980-10-07 | 1982-04-14 | Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. Kommanditgesellschaft | Method of compensating for temperature-induced errors in alternating current measurement circuits, particularly remote clearance measurement instruments, and apparatus for carrying out the method |
| SU1760310A1 (en) * | 1989-07-11 | 1992-09-07 | Новочеркасский Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе | Distance noncontact measuring device |
| SU1737259A1 (en) * | 1990-04-23 | 1992-05-30 | Научно-исследовательский институт физических измерений | Displacement measuring device |
| DE4141065A1 (en) * | 1991-12-13 | 1993-06-17 | Vdo Schindling | METHOD FOR TEMPERATURE COMPENSATION OF INDUCTIVE SENSORS |
| RU2121129C1 (en) * | 1996-10-15 | 1998-10-27 | Самарский государственный технический университет | Displacement transducer |
| RU2127865C1 (en) * | 1997-07-24 | 1999-03-20 | Медников Феликс Матвеевич | Gear measuring linear translations ( versions ) |
| RU2215985C2 (en) * | 2001-05-23 | 2003-11-10 | Государственный научный центр Российской Федерации Научно-исследовательский институт атомных реакторов | Method of compensation for temperature error of inductive primary converter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2718758C1 (en) * | 2016-12-19 | 2020-04-14 | Сафран Электроникс Энд Дифенс | Inductive current sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013136995A (en) | 2015-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6304647B2 (en) | Current detector | |
| KR101329240B1 (en) | Non-contact current measuring apparatus using flux gate | |
| JP4995993B2 (en) | Clamp sensor | |
| US9383392B2 (en) | Current sensor | |
| JP4995663B2 (en) | Clamp sensor | |
| WO2014010187A1 (en) | Current detection device | |
| US9285436B2 (en) | Magnetic field sensor | |
| JP2012185103A5 (en) | ||
| CN106574950A (en) | Current transducer with fluxgate detector | |
| CN103412009B (en) | A kind of apparatus and method measuring fluid conductivity | |
| CN108593999A (en) | A kind of Zero flux current sensor | |
| CN110927428B (en) | Wide-range wide-band high-precision magnetic balance type current measuring device | |
| CN108732404B (en) | Current sensor and multi-flux balance control circuit thereof | |
| WO2014090970A4 (en) | Compensation methods for active magnetic sensor systems | |
| KR20220118437A (en) | High-precision, non-invasive current sensor system | |
| RU2555200C2 (en) | Method of temperature compensation of inductive position sensor and device for its implementation | |
| CN106225657B (en) | displacement sensor | |
| CN111948438B (en) | Low-cost current sensor | |
| US8947074B1 (en) | Inductive position sensor | |
| US7812597B2 (en) | Inductive magnetic position sensor | |
| US9372217B2 (en) | Cable detector | |
| CN116930589A (en) | AC/DC multi-air gap magnetic resistance current sensor and current measuring method | |
| CN107076537B (en) | Position detecting device | |
| CN216115843U (en) | Inductance type displacement detection device based on differential signal | |
| US20140002069A1 (en) | Eddy current probe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170807 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190514 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200807 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20220418 |