Пристрій для вимірювання відстані до струмопровідної поверхні

Пристрій для виміру відстані до струмопровідної поверхні, що містить корпус-екран з розміщеними в ньому пружноінерційним і пружнов'язким елементами, двома котушками індуктивності, включеними відповідно в коло опорного і вимірю C2 2 (19) 1 3 ньому двома котушками індуктивності, пружноінерційним і пружнов'язким елементами, опорним і вимірювальним автогенераторами. Котушки індуктивності включені відповідно в кола опорного й вимірювального автогенераторів, виходи яких підключені до входів перетворювача частоти, а вихід перетворювача частоти через послідовно з'єднані фільтр, частотний детектор і підсилювач, підключений до входу вимірювального блока. Крім цього, пристрій містить суматор, джерело опорної напруги і струмопровідний елемент установлений з можливістю переміщення перед котушкою опорного генератора, у корпусі-екрані встановлені пружноінерційний і пружнов'язкий елементи. До першого входу суматора підключений пристрій усереднення сигналу, другий вхід з'єднаний із джерелом опорної напруги, а вихід суматора, через керувальний елемент, підключений на другий вхід підсилювача й утворює зворотний зв'язок. Недоліками цього пристрою є те, що він не забезпечує одночасно вимір і контроль точності виміру працюючого вимірювального пристрою разом з вихорострумовим перетворювачем, установленим на об'єкті контролю, й тим самим не дозволяє підвищити точність виміру. В основу винаходу поставлена задача розробки пристрою для виміру відстані до струмопровідної поверхні, у якому за рахунок спільного використання додаткових структурних елементів здійснюється перевірка та автоматична корекція вимірювального каналу, що розширює область застосування, функціональні можливості і поліпшує точність виміру пристрою. Задача вирішується за рахунок того, що в пристрої для виміру відстані до струмопровідної поверхні, який містить корпус-екран з розміщеними у ньому пружноінерційним і пружнов'язким елементами, двома котушками індуктивності, включеними відповідно в кола опорного і вимірювального автогенераторів, виходи яких підключені до входів перетворювача частоти, а вихід перетворювача частоти через послідовно з'єднані фільтр, частотний детектор і підсилювач підключений до входу вимірювального блока, джерело опорної напруги і струмопровідний елемент, установлений з можливістю переміщення перед котушкою опорного генератора, а також суматор, до першого входу якого підключений пристрій усереднення сигналу, другий вхід з'єднаний із джерелом опорної напруги, а вихід суматора, через керувальний елемент, підключений на другий вхід підсилювача й утворює зворотний зв'язок, відповідно до винаходу, у пристрої встановлена перевірна котушка індуктивності і блок формування перевірних сигналів, вихід якого через керувальний елемент підключений до входу перевірної котушки індуктивності, причому перевірна котушка індуктивності нерухомо закріплена між опорною котушкою індуктивності і твердим струмопровідним елементом, а другий вихід вимірювального блока підключений до входу блока формування перевірних сигналів і замикає коло зворотного зв'язку. Використання перевірної котушки індуктивності, керувального елемента і блока формування перевірних сигналів для наскрізної перевірки вимі 95884 4 рювального каналу розширює область застосування, функціональні можливості та підвищує точність виміру пристрою. Розміщення перевірної котушки індуктивності поблизу опорної котушки індуктивності дозволяє не порушувати роботу котушки індуктивності вимірювального автогенератора, розширює функціональні можливості та підвищує точність виміру пристрою. Введення в пристрій блока формування перевірних сигналів, зв'язаного входом з вимірювальним блоком і виходом з керувальним елементом, дозволяє порівнювати перевірний сигнал з отриманим в вимірювальному блоці, чим розширює функціональні можливості й поліпшує точність виміру пристрою. Використання керувального елемента для формування перевірних сигналів з функціональною зміною електричних параметрів, внесених у котушку індуктивності опорного автогенератора із замкнутим колом перевірного зворотного зв'язку, розширює функціональні можливості, область застосування та підвищує точність виміру пристроїв з вихорострумовими перетворювачами як при роботі пристроїв самостійно, так і при роботі в складі систем вібродіагностики. На кресленні зображена блок-схема запропонованого пристрою. Пристрій містить вимірювальну котушку 1 індуктивності, вимірювальний автогенератор 2, перетворювач 3 частоти, опорний автогенератор 4, опорну котушку 5 індуктивності, фільтр різницевої частоти 6, підсилювач - обмежник 7, формувач 8 послідовності імпульсів, частотний детектор 9, підсилювач 10, вимірювальний блок 11, твердий струмопровідний елемент 12, корпус-екран вихорострумового перетворювача 13, пружноінерційний елемент 14 з електропровідною поверхнею, керувальний елемент 15, пристрій усереднення 16, суматор 17, джерело 18 опорної напруги, пружнов'язкий елемент 19, лінію зв'язку 20, перевірну котушку 21 індуктивності, керувальний елемент 22 і блок формування перевірних сигналів 23. Пристрій працює в такий спосіб. При зміні зазору δ між струмопровідною поверхнею пружноінерційного елемента 14 і вимірювальною котушкою 1 індуктивності на δ(t) відносного початкового δ0 пропорційно δ = δ0+ δ(t) генерується сигнал вимірювальним автогенератором 2 із частотою F(δ)=F(δ0)+F[δ(t)]. На виході перетворювача 3 частоти формується частотно-модульований сигнал різницевої частоти у вигляді ΔF(δ) = [F(δ0) - F(Δ)] + F(δ(t)), де: F(Δ) - частота опорного автогенератора 4; F(δ0) - частота вимірювального автогенератора 2 при початковому зазорі δ0 і відсутності девіації; F(δ(t)) -девіація різницевої частоти при впливі вібрації W(t) на корпус-екран у напрямку осі чутливості вихорострумового перетворювача переміщень 13 за рахунок переміщення пружноінерційного елемента 14 на δ(t); F(δ0)-F(Δ) = F0-початкова несуча різницева частота. Вона через неідентичність зміни параметрів елементів вимірювального й опорного автогенераторів 2 і 4 у часі та при впливі температури може змінюватися на ±ΔF0, що є причиною похибки вимірів. Тоді з урахуванням відзна 5 чених факторів сигнал на виході перетворювача 3 буде містити різницеву частоту у вигляді ΔF(δ) = (F0 ±ΔF0) + F(δ(t)). Після виділення сигналу різницевої частоти фільтром 6 і усунення амплітудної перешкоди підсилювачем-обмежником 7 формується формувачем 8 імпульсна частотно-модульована послідовність, що відповідає зміні різницевої частоти і, що частотним детектором 9 перетворює в пропорційний сигнал, який має вигляд U = (U0+ΔU0) + (U(t) + ΔU(t), де: U0 - постійна складова сигналу, пропорційна початковому зазору δ0 при нерухомому пружноінерційному елементі 14 і відповідає частоті F0; U(t) - змінна складова сигналу при переміщенні пружноінерційного елемента 14 на δ(t); ΔU0 - складова сигналу, що враховує вплив можливих температурних і часових змін на зміну несучої різницевої частоти F0 на ΔF0, при цьому знак плюс або мінус сигналу ΔU0 відповідає збільшенню або зменшенню несучої різницевої частоти F0; Двоскладова змінного сигналу, що виникає через зміну коефіцієнта перетворення при відхиленні різницевої несучої частоти від початкового значення F0 на Δ F0. Сигнал з виходу частотного детектора подається на перший вхід підсилювача 10, а з його виходу на вимірювальний блок 11 і на пристрій усереднення 16, у якому з посиленого сигналу U виділяється сигнал U0± ΔU0, що подається на перший вхід суматора 17, на другий вхід якого від джерела 18 опорної напруги подається із протилежним знаком сигнал, що дорівнює U0, і виділяється складова сигналу ± ΔU0. Виділений сигнал ΔU0 з виходу суматора 17 по колу зворотного зв'язку через керувальний елемент 15 подається на другий вхід підсилювача 10, по якому керувальним елементом 15 змінюється коефіцієнт підсилення підсилювача 10 відповідно до величини й знаку сигналу на ΔU0. Зміна коефіцієнта підсилення підсилювача 10 приводить до зменшення результуючого змінного сигналу на величину ΔU(t) й тим самим опосередкованим шляхом автоматично усувається (зводиться до мінімуму) похибка, що проявляється за рахунок зміни різницевої несучої частоти F0. У результаті чого зменшується і температурна і часова похибка вихорострумового перетворення вібрації, що підвищує точність вимірів. Взаємодія вимірювальної котушки вихорострумового перетворювача зі струмопровідною поверхнею об'єкта аналогічні явищам в індуктивно зв'язаних контурах. При цьому установка котушки вихорострумового перетворювача над струмопровідною поверхнею, що переміщується, приводить до зміни її електричних параметрів за рахунок внесених, а саме зміни її активного й індуктивного опору аналогічно зміні величини внесеного опору в первинній обмотці трансформатора при зміні навантаження у вторинній обмотці. Отже, надається можливість імітувати переміщення струмопровідної поверхні щодо вимірювальної котушки індуктивності шляхом зміни параметрів у колі перевірною котушкою індуктивності, індуктивно зв'язаної з опорною котушкою індуктивності опорного автогенератора вихорострумового перетворювача, і роз 95884 6 глядати їхню взаємодію на основі теорії зв'язаних контурів. Відповідно до цієї теорії величини внесеного активного RВH й реактивного ХВН опору в опорну котушку 5 вихорострумового перетворювача за рахунок перевірної котушки 21, замкнутої на опір керувального елемента 22 можуть бути подані у вигляді: RÂÍ  XÂÍ  2Ì 2 1 (R0 RH )  (L0  XH)2 2Ì 2 (R0 RH )1  (L0  XH)2 (R0 RH ) ,(1) (L0  XH) де: M  K LU L 0 - коефіцієнт взаємоіндукції RH,XH - активний і реактивний опори навантаження в колі перевірної котушки індуктивності LU - індуктивність опорної котушки індуктивності L0 - індуктивність перевірної котушки індуктивності R0 - власний опір перевірної котушки індуктивності К - коефіцієнт зв'язку між котушками індуктивності. З виразу (1) видно, що при незмінних параметрах опорної і перевірної котушок і незмінному їхньому взаємному положенні величини внесеного активного RBH і реактивного ХВН опору перевірної котушки індуктивності 21 в опорну котушку індуктивності 5 залежать від величини RBH і ХВН складових навантаження в колі перевірної котушки 21. Отже розміщення опорної котушки 5 автогенератора 4 на фіксованій відстані й нерухомо щодо перевірної котушки 21, замкнутої на опір навантаження, дозволяє шляхом зміни величини цього опору змінювати величину виносного опору в опорну котушку 4 автогенератора й тим самим змінювати його частоту. У результаті чого відповідно до зміни активного опору в колі перевірної котушки буде змінюватися на виході перетворювача 3 частоти різницева частота на ΔF(RH). А це еквівалентно впливу струмопровідної поверхні на вимірювальну котушку індуктивності 1, тобто забезпечується імітування переміщення струмопровідної поверхні шляхом зміни величини активного опору в колі перевірної котушки. Перевірка вимірювального каналу здійснюється зміною активного опору в колі перевірної котушки 21 індуктивності, для чого із блока формування перевірних сигналів 23 подається на вхід керувального елемента 22 керувальний сигнал ΔU(RH). У результаті чого на виході перетворювача 3 частоти формується сигнал із частотою ΔF(δ) ± ΔF(RH), що елементами пристрою (6, 7, 8, 9, 10) перетворюється в сигнал U(t) + ΔU(RH) і подається у вимірювальний блок 11, де зрівняється із заданим, а при відмінності AU(RH) від заданого перевірного сигналу, сигнал U(t) коректується. Таким чином здійснюється перевірка і автоматична корекція вимірювального каналу, чим вирішується задача, розширюються область застосування, функціональні можливості і поліпшується точність виміру пристрою. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 95884 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601