Способ компенсации температурной погрешности чувствительности дифференциально-трансформаторного преобразователя

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при исследованиях в ядерной и тепловой энергетике. Техническим результатом является улучшение метрологических характеристик преобразователя. Компенсация погрешности по заявляемому способу достигается тем, что подбирают внутреннее сопротивление источника питания первичной обмотки таким, что температурная погрешность преобразователя равна нулю, и питают этим источником первичную обмотку преобразователя. 2 ил.

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%.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2