Устройство для измерения расстояний до проводящей поверхности
O Il H C A H H E „„932208
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ1!ЛЬСТВУ
Союз Советских
Социапнстичесиих
Ресяублнн (6l ) Дополнительное к авт. сана-ву (22)Заявлено 17.07.78 (21) 2644118д -28 с присоединением заявки М (51}М. Кл.
6 О1 8 7/14
10еудерстеакеыН квинтет
СССР ео делан язебретеекк я открытей (23) П рноритет
Опубликовано 30.05.82. Бюллетень И 20
Дата опубликования описания 30 . 05. 82 (53 j УДК621 317 ...39:531 71 (088. 8) (72) Авторы изобретения
К. В . .С апожни кова и P . Е . Тайманов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ
ДО ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
Изобретение относится к измерительной технике, и может быть использовано, в частности, при измерении зазоров и относительных перемещений между деталями машин при высоких температурах и меняющихся параметрах среды в зазоре, например, в двигателях внутреннего сгорания
;или в работающих энергоагрегатах.
Известно устройство для измерения .,зазора между поверхностями относительно подвижных деталей, содержащее дифференциальные емкостные датчики, включенные в два плеча мостовой схемы, в два других плеча кото" рой включены катушки индуктивности (1).
Недостатком устройства является ограниченная точность, обусловлен- ная влиянием паразитных емкостей линий связи, соединяющих датчики с мостовой схемой.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения
2 расстояний до проводящей поверхности, содержащее резонансный преобразователь, выполненный в виде после" довательно соединенных катушки ин-. дуктивности и емкостного датчика инэора, подключенный к резонансному преобразователю через линию связи многочастотный источник электричес" ких колебаний и блок обработки сиг налов, в состав которого может вхо10 дить, например, амплитудный или час" тотный детектор, частотный модуля-. тор, усилитель и цифровой измери,тель частоты (2).
Недостатком известного устройства является то, что при измерениях; .зазоров в зонах. высоких температур, например, порядка сотен градусов, точность измерений, обеспечиваемая этим устройством, оказывается недостаточной иэ-за наличия погрешностей,обусловленных паразитными емкостями линий связи, соединяющих источник электрических, колебаний
932208
3 и блок обработки сигналов с резонансным преобразователем, а также тем, что первый узел блока обработки-детектор не может быть размещен в непосредственной близости от преобразователя в зоне высоких температур. Величина параэитной емкости сравнима, а зачастую и превышает емкость датчика зазора, а нестабильность ее при изменении параметров внешней среды весьма значительна °
Цель изобретения — повышение точности измерения в условиях высокой температуры и изменяющихся параметров внешней среды.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения расстояний до проводящей* поверхности снабжено вторым резонансным преобразователем, подключенным параллельно первому и выполненным в виде последовательно соединенных второй катушки индуктивности и второго емкостного датчика зазора, измерительный электрод которого смещен на за-. данное расстояние в направлении проводящей поверхности относительно измерительного электрода первого емкостного датчика и ииеет площадь, находящуюся в известном соотношении с площадью первого емкостного датчика, а блок обработки сигналов подключен к линии связи.
На чертеже представлена принципиальная схема устройства.
Устройство для измерения расстояния до проводящей поверхности содержит два резонансных преобразователя 1 и 2, соединенных параллельно и подключенных к многочастотному источнику 3 электрических колебаний через общую линию связи 4. Резонансные преобразователи 1 и 2, настроенные на разные частоты Ш и ю резо1 нанса, содержат последовательно соединенные катушки 5 и 6 индуктивности и емкостные датчики 7 и 8 зазора, размещенные в непосредственной близости друг от друга в одинаковых условиях внешней среды. Число резонансных преобразователей может быть и больше двух. К линии связи подключен блок 9 обработки сигналов, с помощью которого реализуется частотный метод измерений, обладающий высокой помехозащищенностью и точностью.
Устройство работает следующим об разом..
При возбуждении источника 3 электрических колебаний он генерирует спектр напряжений, содержащий в том числе частоты щ„и м, совпадающие с частотами последовательного резонанса обоих резонансных преобразователей 1 и 2. Источник 3 колебаний
1е может представлять собой высокочастотный генератор с модулятором или совокупность нескольких генераторов, работающих на общую нагрузку, т.е. генерация колебаний может осуществляться одновременно или последовательно во времени.
Напряжение источника 3, содержащее указанный спектр частот щ, подается на резонансные преобразовате- . ли 1 и 2 и на блок 9 обработки сигналов, в которои осуществляются соответствующие алгебраические операции для определения расстояния до проводящей поверхности.
И
Частоты (и„и и)< последовательного резонанса резонансных преобразователей 1 и 2 зависят от величин емкостей С „и С датчиков 7 и 8 за36 эора, следовательно, от расстояний
d . и и между измерительными элект- родами этих датчиков и контролируе" мой проводящей поверхностью, т.е. где Ь„, L - индуктивности кату- . шек 5иб, Я, g< - добротность последовательных резонансных цепей преобразователей
1 и 2;
Сп - паразитная емкость линии 4 связи;
Е - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды в зазоре;
Я„, Sq - площади измерительных электродов датчиков 7 и 8 зазора.
Если катушки 5 и б имеют одинаковую индуктивность (Ь „ = Ь | = Ь), а емкостные датчики 7 и 8 зазора име5 ют одинаковые площади электродов (S =. Sq = S) расстояние, например
Й.1, может быть определено по формуле, полученной при совместном решении уравнений (1 - 3): з
932208 6 ния добротностей Q< и 6 этих преобразователей согласно соотношению
Эта составляющая погрешности уменьшается в еще большей степени. ш, м„ где дd = 8g — Й < — =а-д-анное (нормированное) смещение в направлении проводящей поверхности между измерительными электродами емкостных датчиков 7 и 8.
Таким образом, определив частоты ц),1 и и) последовательного резонанса преобразователей 1 и 2, можно по формуле (4) определеть расстояния
d „ и d <= d „ + hd до контролируемой проводящей гюверхности.
Если, в более общем случае, индуктивности Ь.1 и Ьп катушек 5 и 6 и площади $ и $ и измерительных электродов емкостных датчиков 7 и 8 . не равны, в формуле (4) появляется коэффициент пропорциональности, зависящий от. их соотношения, которое может быть заранее установлено.
В варианте исполнения устройства емкостные датчики 7 и 8 могут быть
,соединены дифференциально. В этом случае алгоритм обработки результатов измерения изменяется в соответствии с формулой
d = — > (Б)
О ш
1 + ()ф
1 где dg =- d + d .
Поскольку. линия связи резонансных преобразователей является общей и для источника 3 электрических колебаний, и для блока 4 обработки сигналов, то составляющая. погрешности измерений, обусловленная паразитной емкостью Сг1 этой линии связи уменьшается, что обусловливает повышение точности измерения в жестких условиях работы резонансных преобразователей, а при выборе соотношеФормула изобретения
Устройство для измерения расстояний до проводящей поверхности, содержащее резойансный преобраэова15 тель, выполненный s виде последовательно соединенных катушки индуктив- ности и емкостного датчика зазора, подключенный к резонансному пре образователю через линию связи мноур гочастотный источник электрических колебаний и блок обработки сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения -точности измерения в условиях высокой темпеЗ5 ратуры и изменяющихся параметров внешней среды, оно снабжено вторым резонансным преобразователем, под" ключенным параллельно первому и выгюлненным в виде последовательно
1Е соединенных второй катушки индуктивности и второго емкостного датчика зазора, измерительный электрод которого смещен на заданное расстояние в направлении проводящей поверхности относительно измерительного электрода первого емкостного датчика и имеет площадь, находящуюся в известном соотношении с площадью первого емкостного датчика, а блок обработав . ки сигналов подключен к линии связи.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Пригоровский Н.И. Измерение механических величин электрическими методами, "Иашгиз", 1952, с. 252.
2. Викторов В.А. и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. И.; "Наука", 1978, с. 92-93 (прототип).
932208
Составитель С Скрыпник
Редактор А.фролова Техред Ж. Кастелевич Корректор В.Синицкая
Заказ 3740/55 Тираж 614 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, N-35, Раушская наб., д. 4/5
««««« филиал ППП патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
