Частотний давач опору, ємності і індуктивності

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний при побудові радіохвильових засобів неруйнівного контролю якості конструкційних матеріалів промислових виробів на основі гальваномагнітних, електростатичних і індуктивних давачів. Відомий частотний перетворювач опору (АС СРСР №430505, Кл. НОЗ К 13/20, 1972), який вміщує пристрій порівняння, вихід якого через інтегруючу ланку підключений до інвертуючого входу інтегруючого підсилювача і через диференціальний підсилювач постійного струму із 100-відсотковим від'ємним зворотним зв'язком до дільника із взірцевого і вимірюємого резистора. В цьому частотному перетворювачі не виключається вплив опору лінії зв'язку на результат вимірювання опору давача, що суттєво збільшує похибку вимірювання. Відомий перетворювач параметрів давача в період коливань (АС СРСР №343229, Кл. G01R27/00, 1970), найбільш близький до винаходу по сукупності ознак. Він вміщує вимірювальну ланку, підсилювач, фазочутливий випрямляч, перший вхід якого підключений до виходу підсилювача, управляючий генератор, вихід якого через фазообертач з'єднаний з другим входом фазочутливого випрямляча, фільтр нижніх частот, вхід якого підключений до виходу фазочутливого випрямляча. Його недоліком є наявність похибки, обумовленої опором лінії зв'язку між давачем і перетворювачем. Задачею винаходу є підвищення точності датчика при зміні опору його лінії зв'язку. Задача вирішується тим, що в відомий перетворювач параметрів давача в період коливань, що вміщує вимірювальну ланку, підсилювач, фазочутливий випрямляч, перший вхід якого підключений до виходу підсилювача, управляючий генератор, вихід якого через фазообертач з'єднаний з другим входом фазочутливого випрямляча, фільтр нижніх частот, вхід якого підключений до виходу фазочутливого випрямляча, введений індикатор екстремуму, перший і другий вхід якого підключені відповідно до виходів фільтра нижніх частот і фазообертача, а вихід - до управляючого входу управляючого генератора, вимірювальна ланка виконана в вигляді паралельно з'єднаних давача і взірцевого елементу і включена в коло зворотного зв'язку підсилювача, а вхід підсилювача підключений до виходу управляючого генератора. На фігурі 1 представлена функціональна електрична схема давача при перетворюванні опору; на фігурі 2 і фігурі 3 - принципові електричні схеми вимірювального ланцюга при перетворенні відповідно індуктивності і ємності давача. Пристрій містить генератор 1 керованої частоти, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача 2, через резистор 3 ланки від'ємного зворотного зв'язку підсилювача 2 включений опір чутливого елементу давача 4, зашунтований взірцевим конденсатором 5. Давач 4 підключений в ланцюг зворотного зв'язку підсилювача 2 за допомогою лінії 6 зв'язку, що має опір. Вихід підсилювача 2 з'єднаний з першим входом фазочутливого випрямляча 7, а вихід останнього з'єднаний з першим входом індикатора 8 екстремуму через фільтр 9 нижніх частот. Другий вхід фазочутливого випрямляча 7 з'єднаний через фазообертач 10 з виходом генератора 1. Вихід фазообертача 10 з'єднаний з другим входом індикатора 8 екстремуму. Вихід індикатора 8 екстремуму під'єднаний до управляючого входу генератора 1. Пристрій працює наступним чином. Синусоїдальний сигнал з генератора 1 поступає на вимірювальний підсилювач 2. За допомогою фазочутливого випрямляча 7 на виході підсилювача 2 виділяється реактивна складова сигналу. Цей сигнал згладжується фільтром нижніх частот і поступає на індикатор 8 екстремуму. Індикатор 8 екстремуму змінює частоту генератора 1 до тих пір, поки значення реактивної складової сигналу підсилювача 2 не досягне максимального значення. В цей момент часу вихідний сигнал індикатора 8 екстремуму дорівнює нулю. Зміна опору чутливого елементу давача 4 в сторону збільшення або зменшення приводить до появи на виході індикатора 8 екстремуму сигналу позитивної або від'ємної полярності, під його впливом частота генератора 1 змінюється до тих пір, поки сигнал на виході індикатора 8 екстремуму не стане рівним нулю. Характеристика управління генератора 1 повинна мати складову, яка пропорційна інтегралу управляючого сигналу. При перетворенні чутливого елементу ємності 11 давача в період коливань давач шунтується взірцевим опором 12 (фігура 2). При перетворенні індуктивності чутливого елементу 13 давача в період коливань (фігура 3) індуктивність чутливого елементу давача шунтується взірцевим опором 12. Передаточну функцію вимірювального підсилювача 2 (фігура 1) можна описати рівнянням R + R Л (1 + jwCR) , W ( jw) = 1) R0 (1 + j wCR) де R- опір давача 4; С - взірцева ємність 5; RЛ - опір лінії 6 зв'язку; R0 - опір резистора 3; w - циклічна частота. Виділення реактивної складової вихідного сигналу підсилювача 2, знаходження першої похідної від реактивної складової по w і прирівнювання її до нуля дозволяє отримати X w= . 2) RC звідси виходить, що період електричних коливань при екстремальному значенні реактивної складової вихідного сигналу підсилювача 2 прямо пропорційно опору давача RC T= 3) 2p і не залежить від опору лінії 6 зв'язку. На фігурі 2 зображена ланка підсилювача, в якій давачем є конденсатор 11, зашунтований взірцевим резистором 12. В цьому випадку період Т коливань генератора не залежить від опору лінії 6 зв'язку і прямо пропорційний ємності давача CR T= , 4) 2p де С- ємність 11 давача, R- взірцевий опір 12. На фігурі 3 зображена ланка підсилювача, в якій давачем є індуктивність 13, зашунтована взірцевим резистором 12. Передаточна характеристика підсилювача 2 має вигляд R (R + jwL ) + j wRL W ( jw) = Л , 5) R 0 (R + jwL ) де L - індуктивність 13 давача. Виконавши аналогічні операції, приходимо до наступного виразу: L T= , 6) 2pR з якого видно, що період коливань генератора 1 прямо пропорційний індуктивності L давача і не залежить від опору лінії 6 зв'язку. Аналізуючи другу похідну реактивної складової вихідного сигналу підсилювача 2 для всіх трьох випадків, можна зробити висновок, що при виконанні умов (3), (4), (6) на виході підсилювача 2 завжди буде максимум реактивної складової сигналу. Таким чином, завдяки відрізняючим ознакам запропонованого винаходу виключається похибка, обумовлена опором лінії зв'язку, внаслідок чого підвищується точність перетворення параметрів давача.