|
а) б)
Рисунок 16.25 - Резонансные электромагнитные преобразователи уровня
В качестве примера рассмотрим применение тестовых методов для повышения точности измерений перемещений. На рисунке 16.26 приведена структурная схема одного канала тестовой ИИС с индуктивными датчиками перемещений. Датчик перемещений представляет собой дифференциальный индуктивный датчик соленоидного типа с подвижным ферромагнитным сердечником. Выводы катушек 1-3 и 5-7 образуют основной (исходный) ЭП Vвых дифференциальный датчик. Выводы 2-4 и 6-8 смещены относительно выводов основного датчика на одну и ту же величину . При однородной по
длине датчика намотке выводы 2-4 и 6-8 образуют как бы другой (дополнительный) дифференциальный датчик, смещенный относительно основного на величину . Обмотки датчика с помощью коммутатора К под- ключаются к измерительному преобразователю МП, выходной сигнал которого передается в линию связи ЛС. В качестве ИП может быть использован, например, преобразователь индуктивности в период, изображенный на рисунке
16.26. Аналого-цифровой преобразователь АЦП преобразует сигнал в цифровой код N, который вводится в вычислительное устройство ВУ. Предположим, что функция преобразования перемещения сердечника в индуктивность любой обмотки датчика описывается алгебраическим полиномом второго порядка. Тогда для индуктивностей обмоток, имеющих выводы 1-3, 5-7, 2-4 и 6-8, можно записать выражения (16.26)
L1-3=d0+d1(x0+x) + d2(x0+x)2 L5-7=d0+d1(x0-x) + d2(x0-x)2
L2-4=d0+d1(x0+x+ )+d2(x0+x+ )2 , (16.26)
L5-7=d0+d1(x0-x- ) + d2(x0-x- )2
где x0 - нейтральное положение сердечника, при котором L1-3= L5-7;
х - измеряемое перемещение, отсчитываемое относительно нейтрального положения сердечника;
d0, d1, d2-параметры функции преобразования датчика.
Рисунок 16.26 - Структурная схема канала тестовой ИИС для измерения перемещений
В этом случае выполняются четыре преобразования путем поочередного подключения к ИП выводов 1-5, 5-7, 2-4 и 6-8. Предположим, что ИП имеет линейную функцию преобразования. Пренебрегая погрешностями квантования и нелинейности АЦП, будем считать, что его функция преобразования также линейна. Тогда можно записать (16.27)
Nj =c0 + с1Lj , (16.27)
где Nj - код на выходе АЦП;
Lj - индуктивность j-й обмотки датчика;
c0 , с1 - параметры функции преобразования индуктивности в код.
Результаты четырех преобразований при поочередном подключении обмоток датчика запишем в виде (16.28)
L1-3= с0+ с1d0+ с1d1(x0+x) + с1d2(x0+x)2
L5-7= с0 +с1d0+ с1d1(x0-x) + с1d2(x0-x)
L2-4= с0 +с1d0+ с1d1(x0+x+ ) + с1d2(x0+x+ )2 (16.28)
L5-7= с0 +с1d0+ с1d1(x0-x- ) + с1d2(x0-x- )2
Решив систему уравнений (16.28), получим (16.29)
x = (N1- N2)/[( N3- N4) - ( N1- N2)], (16.29)
Вычисление значения измеряемого перемещения по (16.29) осуществляется в ВУ. Можно показать, что вычисленное значение перемещения х не зависит от параметров с0 с1 d0 d1 d2 датчика перемещений и всего измерительного канала, а достижимая точность определяется идентичностью двух половин дифференциального датчика и стабильностью значения (16.29).
Другим примером использования структурной избыточности и соответствующих алгоритмов обработки измерительной информации с целью повышения точности измерений является применение двухканальных преобразователей уровня жидкости. Как отмечалось выше, выходная величина резонансных электромагнитных датчиков уровня зависит от диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости. В общем случае функция преобразования таких датчиков может быть представлена в виде (16.30)
(ω/ωо)2 = 1+ (ε-1) f(x), (16.30)
где ω - частота генерации (выходной параметр);
ε - диэлектрическая проницаемость жидкости;
ωо - постоянная величина;
f(x) - функция измеряемого уровня x, зависящая от конструкции конкретного датчика.
Для повышения точности измерений используются два аналогичных датчика, имеющих разные функции f(x). Отличие функций f(x) может быть реализовано включение различных нагрузок на концах отрезков линий, образующих датчики; например, один отрезок короткозамкнут, другой разомкнут.
В этом случае выходные параметры обоих датчиков будут определяться уравнениями (16.31) и (16.32)
(ω1/ωо1)2 = 1+ (ε-1) f1(x), (16.31)
(ω2/ωо2)2 = 1+ (ε-1) f2(x), (16.32)
Значения выходных параметров датчиков преобразуем в соответствии с формулой (16.33)
y= [(ω1/ωо1)2-1]/[(ω2/ωо2)2-1]= f1(x) / f1(x)=F(x), (16.33)
Очевидно, что вычисленное по (16.33) значение у является функцией измеряемого уровня х и не зависит от значения диэлектрической проницаемости ε.
Таким образом, рассмотренные выше методы позволяют обеспечить высокую точность измерений различных физических величин в изменяющихся условиях эксплуатации при использовании относительно неточных, но простых и надежных измерительных преобразователей.
Do'stlaringiz bilan baham: |
