способ компенсации температурной погрешности чувствительности дифференциально-трансформаторного преобразователя

Формула изобретения

Способ компенсации температурной погрешности чувствительности дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещения, заключающийся в измерении разности падений напряжений на вторичных обмотках дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещения, отличающийся тем, что подбирают внутреннее сопротивление источника питания первичной обмотки таким, при котором на выбранной частоте питания температурная погрешность дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещения равна нулю, и питают этим источником первичную обмотку дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследованиях в ядерной и тепловой энергетике.

Широкое распространение при исследованиях в ядерной и тепловой энергетике получили дифференциально-трансформаторные преобразователи перемещений (АТП).

Важной технической характеристикой их является погрешность показаний. Одна из основных причин возникновения погрешности АТП - зависимость их чувствительности от температуры среды, окружающей АТП. Борются с этим по-разному.

Так известен способ (K.ARA. A Differential Transformer with Temperature and Exutation - Independent Output. IEEE ТRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MESREMENT, v.IM-21, N 3, august 1972), состоящий в компенсации влияния температуры на характеристики АТП путем формирования выходного сигнала в виде отношения разности падений напряжений на вторичных обмотках к их сумме. Питание АТП осуществляется от источника напряжения или от источника тока.

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 том случае напряжения на вторичных обмотках U₁ и U₂ можно представить в виде двух независимых функций H (T, f, I) и F(x). Таким образом,

U₁=K.H(T,f,I)F(x);

U₂=K.H(T,f,I)F(-x),

где x - перемещение плунжера от центра первичной обмотки;

f - частота питания первичной обмотки;

I - сила тока в первичной обмотке;

T - температура окружающей среды.

Тогда сформированный сигнал



Функция только перемещения сердечника x и не зависит от температуры.

Недостаток этого способа в том, что при высоких температурах и при различных частотах питания, когда допущения, приведенные выше, становятся некорректными, появляется зависимость чувствительности АТП от температуры.

Так в вышеприведенном источнике при температуре окружающей АТП среды 300^oC питании АТП с частотой 400 Гц от источников тока и напряжения изменение чувствительности составило 2% и 5% соответственно по сравнению с чувствительностью при комнатной температуре.

Дополнительные исследования, проведенные авторами, показали (см. фиг. 1), что температурная погрешность чувствительности АТП при увеличении частоты питания первичной обмотки возрастает.

Это ограничивает температурный и частотный диапазоны измерения, что в свою очередь ограничивает область применения способа (АТП при таком способе компенсации).

Для минимизации погрешности чувствительности АТП при изменении температуры в работе [В.В. Лебединский, Ю.В.Милосердин, Н.Ф. Чеботарев. Снижение влияния температуры на коэффициент преобразования соленоидного индуктивного преобразования. Метрология, 1983, N 11, с. 44 - 49] предлагается способ, заключающийся в питании первичной обмотки АТП синусоидальным напряжением с оптимальной частотой f_опт., на которой погрешность минимальна, и измерении разности падений напряжений на вторичных обмотках. Частота f_опт. существует у всех АТП, ее значение зависит от конструктивных особенностей АТП и определяется экспериментально.

Недостаток этого способа в том, что f_опт. строго фиксирована для каждого типа АТП, а это не дает возможности подобрать частоту питания, необходимую по условиям эксперимента, что ограничивает область применения способа (АТП при таком способе питания).

Кроме того, f_опт. не оптимальна с точки зрения получения максимальной чувствительности АТП, что приводит к уменьшению чувствительности АТП при работе на f_опт.

Таким образом, задача улучшения метрологических характеристик АТП - важнейшая в технике изменений. Успешное ее решение позволяет расширить и сферу применения АТП.

Целью заявляемого предложения является попытка решения названной задачи.

Это достигается тем, что:

- выбирают любую необходимую из условий эксперимента или получения максимальной чувствительности частоту питания первичной обмотки АТП и диапазона от нуля до f_опт.;

- подбирают внутреннее сопротивление источника питания первичной обмотки АТП таким, при котором на выбранной частоте питания температурная погрешность чувствительности АТП будет равна нулю;

- питают первичную обмотку АТП источником питания с выбранной частотой питания и подобранным внутренним сопротивлением;

- измеряют разность падений напряжений на вторичных обмотках.

Исследования АТП показали [В.Ш. Сулаберидзе. Средства контроля условий испытаний материалов в экспериментах на исследовательских реакторах и в защитных камерах. Димитровгород, 1997], что в широком диапазоне частот от нуля до f_опт., чувствительность АТП уменьшается с ростом температуры АТП при питании его источником с малым внутренним сопротивлением, т.е. источником напряжения. При питании АТП источником сигнала с очень большим внутренним сопротивлением, т.е. источником тока, чувствительность АТП увеличивается с ростом его температуры. Эта закономерность позволяет для любой частоты питания в этом диапазоне подобрать такое внутреннее сопротивление источника питания первичной обмотки АТП, при котором температурная погрешность чувствительности АТП будет равна нулю.

Так как частоту питания АТП можно выбрать в достаточно широком диапазоне от нуля до f_опт., не учитывая при этом температурную погрешность чувствительности, что невозможно ни по аналогу, ни по прототипу, в том числе с учетом получения максимальной чувствительности, этот способ расширяет область применения АТП и улучшает его метрологическую характеристику чувствительности. Таким образом, можно сделать вывод с неочевидности заявляемого предложения.

АТП, воспроизводящий заявляемый способ и показанный на фиг. 2, имеет диапазон частот 0 - 4500 Гц, в котором изменение чувствительности от температуры имеет разные знаки при питании первичной обмотки источниками тока и напряжения.

Выбрали необходимую частоту питания АТП в 400 Гц.

Подобрали внутреннее сопротивление источника питания, равным 200 Ом, и запитали источником синусоидального сигнала с этим внутренним сопротивлением первичную обмотку АТП. Измерили разность падений напряжений на вторичных обмотках.

Изменение чувствительности АТП в этом случае при разогреве его до 300^oC и при измерении разности падения напряжений на вторичных обмотках составило 0,3%.

При отсутствии сопротивления R=200 Ом, включенном последовательно с питающим источником напряжения, на частоте 400 Гц изменение чувствительности при разогреве его до 300^oC и измерении разности напряжений на вторичных обмотках составило 25%.

При использовании способа, указанного в аналоге, на частоте 400 Гц изменение чувствительности при разогреве АТП до 300^oC составило - 2%.