Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля различных физических величин с помощью дифференциальных индуктивных датчиков (ДНД). Цель изобретения - повышение быстродействия многоканального измерительного устройства за счет форсирования тока ДНД и повышение точности измерений за счет устранения влияния остаточных напряжений и обеспечения идентичных условий измерения для всех ДНД. Многоканальное измерительное устройство содержит генератор 1 импульсов, элемент 21 задержки, цифроаналоговый преобразователь 3, счетчик 4, коммутаторы 12, 17, дифференциальные индуктивные датчики 16.1-16.N, дифференциальный усилитель 19, аналого-цифровой преобразователь 20, регистратор 22. За счет введения элемента 2 задержки, интегратора 5, инвертора 6, сумматора 7, преобразователей 8, 9 напряжение - ток, отражателей 10, 11 тока, коммутаторов 13-15, 18 устройство обеспечивает форсирование пилообразного тока через ДНД 16.1-16.N, что сокращает время установления напряжения на выходе дифференциального усилителя 19 и, следовательно, повышает быстродействие измерения и исключает влияние остаточных напряжений в ДНД 16.1-16N путем их размагничивания, а также обеспечивается измерение их параметров единым измерительным каналом, что повышает точность измерений. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COUHAЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51) 4 С 01 D 5 22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ м.",,","" )я

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г

1 (21) 4412895/24-21 (22) 19.04,88 (46) 15.12,89, Бюл. У 46 (72) С.Т. Свирин, В.Н. Антюшеня, А,М. Гаин rr А,Г. Стрижко (53) 531,71:53),)4(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р )185063, кл. G 01 В 7/00, 1983, Авторское свидетельство СССР

)) 1449845, кл. С 01 D 5/22, 1987 ° (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ

УС ТРОЙС ТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ

ИНДУКТИВНЫХ ДАТЧИК О В (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля различных физических величин с помощью дифференциальных индуктивных датчиков (ДНД). Цель изобретения повышение быстродействия многоканального измерительного устройства за счет форсирования тока ДНД и повышение точности измерений за счет устранения влияния остаточных напряжений и обеспечения идентичных усло2 вий измерения для всех ДНД. Многоканальное измерительное устройство содержит генератор I импульсов, элемент 2) задержки, цифроаналоговый преобразователь 3, счетчик 4, коммутаторы 12, 17, дифференциальные индуктивные датчики 16. 1 — 16.N, дифференциальный усилитель 19, аналогоцифроьой преобразователь 20, регистратор 22, 3а счет введения элемента

2 задержки, интегратора 5, инв ертора

6, сумматора 7, преобразователей 8, 9 напряжение — ток, отражателей 10, 11 тока, коммутаторов !3-15, 18 устройство обеспечивает форсирование пилообразного тока через ДНД 16.1l6.N, что сокращает время установления напряжения на выходе дифференциального усилителя 19, следовательно, повышает быстродействие измерения и исключает влияние остаточных напряжений в ДНД 16.!†!6.N путем их размагничивания, а также обеспечивает измерение их параметров единым измерительным каналом, что повышает точность измерений. 2 ил.

1529044

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может бытЬ использовано для контроля различных физических величин с помощью диффе5 ренциальных индуктивных датчиков, Цель изобретения — повышение быстродействия устройства за счет форсирования тока дифференциальных датчиков и повышение точности измерений за счет устранения влияния остаточных напряжений и обеспечения идентичных условий измерений для всех дифференциальных индуктивных датчиков.

На фиг. 1 схематически показано устройство; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг, 1) содержит генератор 1 импульсов, второй элемент

2 задержки, цифроаналоговый преобразователь 3, счетчик 4, интегратор

5, инвертор 6, сумматор 7, первый 8, и второй 9 преобразователи напряжение — ток, первый 1О и второй 11 от- 25 ражатели тока, первый 12, четвертый

13, третий 14 и пятый 15 коммутаторы, дифференциальные индуктивные датчики

16,1 — 16.N, второй 17 и шестой 18 коммутаторы, дифференциальный усилитель

19, аналого-цифровой преобразователь

20, первый элемент 21 задержки, регистратор 22.

На фиг. 2 обозначено выходное напряжение 23 генератора 1, выходное напряжение 24 элемента 2 задержки, выходной ток 25 ЦАП 3, выходные токи

26 и 27 преобразователя 9 и отражателя 10 соответственно, выходное напряжение 28 дифференциального усили- 40 теля 19.

Первый коммутатор 12 соединен выходами с первыми входами соответствующих дифференциальных индуктивных датчиков 16.1 — 16.N. Второй коммута- 45 тор 17 соединен выходом с первым входом дифференциального усилителя

19, соединенного выходом с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя 20, соединенного выходом со входом регистратора 22, а управляющим входом с выходом первого элемента 21 задержки. Счетчик 4 соединен выходами с управляющими входами первого коммутатора 12, Выход генера55 тора 1 импульсов соединен непосредственно с первым входом интегратора 5, а через второй элемент 2 задержки с первыми входами цифроаналогового преобразователя 3, со входом первого элемента 21 задержки и со входом счетчика 4, соединенного выходами с первыми входами сумматора 7 и с управляющими входами третьего коммутатора 14, соединенного сигнальным входом с первым выходом первого отражателя 10 тока, соединенного вторым выходом с сигнальным входом первого коммутатора 12, входом через первый преобразователь 8 напряжение — ток с выходом интегратора 5, соединенного вторым входом с выходом цифроаналогового преобразователя 3, а выходом через последовательно соединенные инвертор 6 и второй преобразователь 9 напряжение — так — со входом второГо отражателя 31 тока, соединенного первым и вторым выходами соответственно с сигнальными входами четвертого 13 и пятого 15 коммутаторов, управляющие входы которых соединены с выходами сумматора 7 и с управляющими входами второго 17 и шестого 18 коммутаторов.

Сигнальные входы второго коммутатора

17 соединены с соответствующими выходами первого 12 и четвертого 13 коммутаторов. Сигнальные входы шестого коммутатора 18 соединены с соответствующими выходами третьего 14 и пятого 15 коммутаторов и вторыми входами соответствующих дифференциальных индуктивных датчиков 16.1-16 ° N, а выход — со вторым входом дифференциального усилителя 19. Третий вход каждого из дифференциальных индуктивных датчиков 16.1-16.N соединен с общей шиной устройства и со вторым входом сумматора 7, соединенного третьим входом со входом для задания единичного сигнала устройства и со вторыми входами цифроаналогового преобразователя 3.

Генератор 1 импульсов предназначен для генерирования импульсов, длительность которых равна начальному участку импульса питающего тока "быстрая пила" (участок АВ, позиция 26 фиг. 2). !

Элемент 2 задержки предназначен для задержки импульсов с выхода генератора 1 импульсов на время, необходимое для обнуления интегратора 5и равное длительности импульсов генератора 1, Цифроаналоговый преобразователь

3 предназначен для преобразования эа50

Коммутаторы 17 и 18 предназначены дпя подключения измерительной цепи устройства к одному из датчиков.

Дифференциальный усилитель 19 предназначен для усиления разности

««апряжений, снимаемых с обмотск выбI

Раиного датчика !Ь,i, которая пропорциональна измеряемой физической величине.

5 1529 держанHbix импульсов в двухуровневый токовый сигнал (позиция 25,фиг. 2).

Счетчик 4 служит для управления коммутаторами 12 и 14, поочередно подключ;ющими датчики 16.1-16.N к эапитывающим и измерительным цепям устройства.

Интегратор 5 предназначен для преобразования двухуровневого тока с

10 выхода цифроаналогового преобразователя 3 в линейно возрастающее напряжение, причем первому уровню тока

ЦАП (йа входе все "I") соответствует участок А — "быстрая пила" а

I5 второму уровню тока (на первой группе входов - "0", а второй - "1") — участок ВС вЂ” "медленная пилав (позиция

26, фиг, 2) .

Инвертор 6 предназначен для ин- 20 вертирования напряжения с выхода интегратора 6.

Сумматор 7 предназначен для увеличения на единицу управляющего кода для коммутаторов 13, 15, 17 и 18 по 25 сравнению с остальными коммууаторами.

Преобразователи 8 и 9 напря кение ток предназначены для преобразования напряжений с выходов интегратора 5 и инвертора 6 в токи, причем 30 эти два тока имеют разное направление и совпадают по амплитуде и по форме.

Отражатели 10 и 11 тока предназначены для передачи входного тока одновРеменно в две нагрузки, котоРыми яв- 35 ляются обмотки датчика, выбранного коммутаторами 12, !4 или 15, причем с выходов отражателя 11 тока поступают размагничивающие импульсы тока, а с отражателя тока 10 — эапитываю- 40 щие.

Коммутаторы 12 и 14 предназначены для подключения двух обмоток одного из датчиков 16.i к источнику размагиичивающего тока. 45

Коммутаторы 13 и 15 поеднаэначены для подключения двух обмоток одного из датчиков 6. i к источнику эапитыв ающе ro ток а.

044 6

Аналого-и"+Ровой преобраэоват ель

20 предназначен лля преобразования напряжения с выхода дифференциального усилителя 19 в цифровой код.

Элемент 21 задержки предназначен для задержки импульсов управления

АЦП 20 на время, необходимое для компенсации задержки передачи сигнала от выхода первого элемента 2 задержки до входа АЦП 20, при этом при поступлении на управляющий вход

АЦП 20 ")" происходит очистка его выходного регистра и подготовка к следукщему тахту преобразования (режим

ll II

Гав«ение ), а прн поступлении "0" обеспечивается режим "Преобразование".

Регистратор 22 предназначен для приема цифровой информации о состоянии датчика и преобразования ее в удобную для восприятия форму, Он также может выполнять функции индицирования и накопления поступающей информации.

Устройство работает следующим обра зом.

Счетчик 4 подсчитывает импульсы, поступающие с генератора 1 импульсов на его счетный вход через элемент 2 задержки. Цифровой код с выхода счет чика 4 управляет работой коммутаторов

12 и 14, которые обеспечивают подключение к первому и второму выходам отражателя 10 тока выводов одного ыэ датчиков 16.i. На выходе сумматора 7 цифровой код превосходит код на выходе счетчика 4 на единицу, поэтому коммутаторы 13, 15, 17 и 18, которые управляются цифровым кодом с выхода сумматора 7, обеспечивают подключение выводов датчика !6.(i-I)-ro к выходам отражателя 11 тока и входам дифференциального усилителя 19. Опрос всех датчиков 16.1-16,N ведется последовательно с I ãî по М-й и затем многократно повторяется, что необходимо при длительных испытаниях, при этом для обеспечения требуемо и точ нос ти при повторных обращениях необходимо исключить остаточное напряжение на обмотках датчиков 16.1 — 16.N за счет их неполного Размагничивания. Датчики 16,1-16.N запитываютсн импульсами тока специальной формы, имеющими два участка АВ (" быстрая пила") и ВС

"медленная пила" . (позиция 26, фиг ° 2) .

При этом обеспечивается выигрыш по быстродействию по сравнению с за1529044 то где А, Откуда

А тогда

Ai

t!,==R C> 1п А ! 2

50 то

I! КпР

t,=R С 1п

1! ?2

КпР

С ПР С питкой датчиков обычными пилообразными импульсами тока (как в устройстве — прототипе) эа счет форсирован-, ного устанонления постоянного напря-. жения на выходе дифференциального усилителя 19. При эапитывании датчиков пилообразным током напряжения на обмотках Ll и L2 равны соответст\ венно. 10

di! d (А! t) иЦ +U тЬ ! 4! !! дг ! дг

+ггЬ +

+А, г, tL

П!д+П! г=Ьг А2+А2г, t где L u L — индуктивности обмоток L датчика;

r, r — активные сопротивления обмоток датчика;

i(t)=At — для пилообразного тока.

Так как отражатели 10 u ll на выхо-20 дах имеют одинаковые токи, то А<=А =А.

При идентичности обмоток датчика

r,=ã =г.

Так как

L! =Ь+4Ь; Ь =Ь-4L, 25

U =(Ь+4L)A+A r.t=dÜ A+A(L+rt), U =-4L A+A(L+rt) .

Е

Напряжение на выходе дифференциального усилителя 19 имеет нид

1. вы„=K(U,-U<) =K(4 L А+А(Ь+гt)+4ЬА-А(L+rt) =2K4L А, где К вЂ” коэффициент усиления дифференциального усилителя, 19 (ДУ);

I

А — крутизна пилообразного тока .(tg угпа наклона), т.е.напряжение на выходе ДУ 19 определяет собой скачок постоянного напряжения, 40 пропорциональный L. Однако реальныи дифференциальный усилитель 19 имеет ограниченную полосу пропускания и его АЧХ имеет спад в области верхних частот — 6 дб (октаву» что соответствует фильтру низких частот с параметрами R3.ÑÝ. Следовательно, выходное напряжение дифференциального усилителя 19 для реального случая

Ц (1 е эсэ)

ВЫ FACT где R и С вЂ” эквивалентные параэ метры дифференционного усилителя 19; установившееся значение напряжения на выходе ДУ 19.

Иэ этого выражения следует, что ныходное напряжение имеет второе слагаемое, определяющее погре.; нос". ь из-мерения за счет переходных процессов, " величина которого убынает с ростом t.

Относительная погрешность измерения при этом равна

1 - . .3

-,c„ вь|х () 1-е —— ю с

Отсюда следует, что для о =1X г„„=4»16 R С„т.е. преобразование

АЦП может быть начато спустя после подачи питающего тока на датчик, которое весьма велико для реальных измерительных усилителей, Рассмотрим случай запитывания датчиков 16.1-16.N импульсами тока сложной формы (позиция 26, фиг. 2),,имеющих 3 участка А — "быстрая пила", ВС вЂ” !!медленная пила и СД вЂ” разряд обнуление интегратора), На участке

АВ за счет быстронарастающего тока происходит форсированное установление . напряжения на выходе дифференциального усилителя 19, на участке ВС происходит преобразование напряжения в цифровой код АЦП 20 так как в это время напряжение на ныходе ДУ 19 не изменяется и равно:

U,„„-2К 4 Ь А,=U >, где А - крутизна тока на участке ВС.

2.

Определим время установления выходного напряженния (интернал Г -t,) °

А 2dL К(1-е )=А2. 2К ДЬ, (при t!!=О) крутизна тока на участке АВ, (1-e" )=А причем так как

I! I2

А — K ° А= — K„»

С где С вЂ” емкость интегратора 5;

К вЂ” коэффициент преобразования

nð преобразователя 9 напряжениеток; ток ЦАЛЗ при поступлении на !

»! !! ° первую группу входов 1

I — ток ЦАП 3 и ри поступлении на

2. !! !! первую группу входов О

1529<;4!

<

< <. .:,,;: ажения видно, что при

?,>>!р, t, 0 и уже при I =05 I, t, = О, 7 «,,<; -,, что дает пятикратный всыигр«п и;, времени установления по ср" в<<сник< с прототипом, Фор .ирование импульсов тока питания, ««I

ЦАПо, .<<э-егратора 5, инвертора 6, преобразователя 9 напряжение-ток и втэ cln Отражателя 11 тока ° длительность импульсов, вырабатывас.мых генератором 1 импульсов, ус- 15 танавлиьаатс я равной о =t», где длится!ьность у.астка АВ (позиция

26. фиг, 2), а период следования

t)<:r +с<< +tps

1 где t — в ремя ус тановления (учас- 20 фст ток АВ); время преобразования (учас| ток ВС); время разряда (участок СД)

Определив исходя иэ требуемого бы- 25 строд< йствия и воэможностей элементов устр< йст.-а величину t). можно определить «с <янину тока 1.„:

1„= т, (1-е ), 30 где . .. — I

Т к к".к ток 1. .АП 3 прямО пропОрциО- 35 на. Ie

11=К(! -е у

Все 1<у.<евь<е разряды кода М

Ооъединя <<т< я э <ервую Гp) ïë!< и под45

1;,ЛЮ Ча Ют С и . В си <Д У « < РЬ ОГО Э rIЕМЕН та

2 задержки, а .с е единис<ные разряды

1<О<<а 1"< <; I!,иняз-. "< :< в О вторую rpyn<

««,;„-„- l1 . -,!1а имеет вид пвямоуголь50 и<;,; -г

<1 «., <. и n -г.-р=< т., ра 5 на пряжеНИС . « рМ.= С Ос«адаЕт С I с КОМ ПИтания п".", ;:.,;<1а:, <ес т Отрица< ельную 10

<ОГО ИНВ < Р, .;,l;

I< — ° +

?< учаc ток А<;

С

Т вЂ” участок ВС

С где С вЂ” емкость интегратора, Преобразователь 9 напряжение-ток и отражатель ll тока служит для подачи в обе обмотки выбранного датчика одинаковых импульсов тока.

По окончании преобразования напряжения с выхода дифференциального усилителя 19 в цифровой код с помощью АЦП 20, а также регистрации выходного кода регистратором 22 на обнуляющий вход интегратора 5 поступает импульс с выхода генератора 1 импульсов (позиция 26, фиг. 2 точка С). При этом конденсатор интегратора разряжается и напряжение на его выходе убывает до нуля (участок СД).

Также до нуля убывает ток питания датчика и напряжения íà его обмотках.

При многократных опросах датчиков эа счет неполного размагничивания возможно накопление ошибки, что ведет к снижению точности, поэтому в данном устройстве применено принудительное размагничивание датчиков, причем ток размагничивания совпадает по амплитуде и по форме с <оком питания (намагничивающим) и противоположен ему по направлению (позиция 27, фиг. 2), При этом полностью устраняется накопление ошибки при длительной работе устройства. Размагничивание датчиков осуществляется с помощью преобразователя 8 напряжение — ток и отражателя 10 тока, а также коммутаторов 12 и 14, управляющий код которых на единицу меньше, чем управляющий код остальных коммутаторов устройства ° По окончании Обнуления интегратора 5 (точка Л) в такте измерения i-го канала, в течение которого (участок АВ) к эапи-ывающим и измерительным цепям устройства с помощью коммутаторов l 3,,15, 17 и 18 был подключен датчик 16.i происходит переключение всех коммутаторов, причем к измерительным и запитывающим цепям подключается датчик с номером 16.(i+

+1), а датчик 16. i подключается с помощью коммутаторов 12 и 14 к раэмагничивающей цепи, В любой момент времени происходит ра:<магничивание

ДатЧИКа, СИГНаЛ С Кс I CÐÎÃО ИЗМЕРЯЛСЯ в предыдущем такте «э<<ерения, и при возвращении к этому датчику в следую)2

29044

1) )5 щем цикле опроса ре:Ióë«;, т измерения не будет искажен эа счет остаточного напряжения на обмо тках датчика.

Таким обраэом, и данном устройстве по сравнению с прототипом унеличено быстродействие эа счет использования форс иров анно го установления напряжения на выходе дифференциального усилителя 19 (н практической реализации устройства достигнуто снижение времени установления н 4,6 раза и снижение всего времени измерения канала в 23 раза) и повышена точность за счет устранения влияния остаточных напряжений на обмотках при многократных опросах датчиков и идентичности измерительных каналон, так как все датчики имеют общий дифференциальный усилитель 19, преобразующий сигналы на обмотках датчиков н выходное напряжение. формул а изобретения

Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков, г,. ржащее первый коммутатор, соединенный «ыходами с первыми входами соответствующих диффе р е нциал ьных и нд ук т ив ных д атч ик он, второй коммутатор, соединенный выходом с первым нходом дифференциального усилителя, соединенного выходом с сигнальным «ходом аналого-цифрового преобразователя, соединенного выходом с входом регистратора, а упранляющим входом — с выходом первого элемента задержки, генератор импульсов, цифроаналоговый преобразователь, счетчик, соединечный выходами с управляющими входами первого коммутатора, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродейс тния устройстна и точности измерения, в него введены второй элемент задержки, интегратор,, инвертор, первый и «торой преобраэонатели напряжение — так, 5

l0

45 сумматор, первый и второй «; раж«течи

1 ретий шесT Ко „ы чем выход генератора им«ульсон с« цинен непосредственно с обнулнющим нходом интегратора, а через второй элемент задержки — с информационными входами цифроаналогового преобраэонателя, со входами первого элемента задержки и счетчика, соединенного ныходами с первыми входами сумматора и с управляющими входами третьего коммутатора, соединенного сигнальным входом с первым выходом первого отражателя тока, соединенного вторым выходом с сигнальным вxодом первого коммутатора, входом через- первый преобразователь напряжение — ток — с выходом интегратора, соединенного первым нходом с выходом цифроаналогового преобразователя, а выходом через последовательно соединенные инвертор и второй преобраэо«атель напряжение - ток — с входом второго отражателя тока, соединенного первым и вторым выходами соответственно с сигнальными входами четвертого и пятого коммутаторов, управляющие входы которых соединены с выходами сумматора и с управляющими входами второго и шестого коммутатор«н, сигнальные входы второго коммутатора соединены с соответствующими выходами первого и четвертого коммутаторов, сигнальные входы шестого коммутатора — с соответствующими выходами третьего и пятого коммутаторов и с «торыми входами соответствующих дифференциальных индуктивных датчик«в, а выход с вторым входом дифференциального усилителя, третий вход каждого из дифференциальных индуктивных датчиков соединен с общей шиной устройства и с вторым Bxo,UoN сумматора, соединенного третьим входом с входом для задания единичного сигнала устройства и с управлявшими входами цифроаналогового преобраэ««дтеля, 1529044

Saiх &. Ю

Редактор Н, Горват

Заказ 7840/36 Тираж 660 Подл ис но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

J алых,А. 3

Вык Þë10

Составитель В. Дворкин Eexpeq M. Ходанич Корректор Э. Лонч акова

-1

Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций вращающихся объектов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах активного контроля, в измерительных системах контрольносортировочных автоматов, в системах адаптивного управления, использующих индуктивные датчики

Изобретение относится к ириборостроению и может быть использовано для контроля подвижных элементов двухпозиционного регулирования

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных прецизионных преобразователях механических величин

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

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в устройствах промышленной автоматики

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам преобразования сигнала датчика положения

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в приборах активного контроля, в измерительных системах контрольно-сортировочных автоматов , в системах адаптивного управления, использующих дифференциальные датчики, и позволяет расширить эксплуатационные возможности индуктивных датчиков за счет применения суммирующего усилителя
Наверх