Устройство для измерения расстояний до проводящей поверхности

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциапнстичесиихРеспублик(51)М. Кд. 6 01 В 7/1 Гоеудерстеакеый квинтет СССР ее делан нзебретеекк н открытей(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТО ДО ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ти 1).Недостограниченая алиялиний свмостовой ляется ловлен-остей чики с предля изме Наибовляется гаемомурения 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, содержа" щее дифференциальные емкостные дат" чики, включенные в два плеча мостовой схемы, в два других плеча кото" рой включены катушки индуктивносатком устроиства яв нная точность, обус нием паразитных емк язи, соединяющих да схемой.лее близким к устройство дл 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 сигналов, в состав которого может входить, например, амплитудный или час" тотный детектор, частотный модуля;- тор, усилитель и цифровой измеритель 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 не" достаточной иэ-за наличия погрешностей,обусловленных паразитными емкостями линий связи, соединяющих источник электрических, колебаний932208 3и 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 датцика зазора, а нестабильность ее при изменении параметров внешней среды весьма значительнаЦель изобретения - повышение точности измерения в условиях высокой температуры и изменяющихся параметров внешней среды. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения расстояний до проводящей поверхнос" ти 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 резонанса, 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 подклюцен блок 9 обработки сигналов, с помоцью которого реализуется частотный метод измерений, обладающий высокой помехозащищенностью и точностью. 4Устройство работает следующим образомПри возбуждении источника 3 электрических колебаний он генерируетспектр напряжений, содержащий в томчисле частоты щи щ), совпадающиес частотами последовательного резо нанса обоих резонансных преобразователей 1 и 2. Источник 3 колебаний 1 е может представлять собой высокочастотный генератор с модулятором илисовокупность 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 преобразователе ли 1 и 2 и на блок 9 обработки сигналов, в которои осуществляются соответствующие алгебраические операции для определения расстояния допроводящей поверхности.ИЧастоты юи ю последовательного резонанса резонансных преобразователей 1 и 2 зависят от величин емкостей Си С датчиков 7 и 8 за" 36эора, следовательно, от расстоянийй 1 и й между измерительными элект"родами этих датчиков и контролируе"мой" проводящей поверхностью, т,е. где 1., 1. " индуктивности кату- .шек 5 иб,0, Я " добротность последовательных резонансных цепей преобразователей1 и 2;Сп - паразитная емкость линии 4 связи;Е - абсолютная диэлектрическая проницаемостьсреды в зазоре;Б,1, Б - площади измерительныхэлектродов датчиков 7и 8 зазора.Если катушки 5 и б имеют одинаковую индуктивность (Е,1 = Ь )= Е), а емкостные датчики 7 и 8 зазора име5ют одинаковые площади электродов(Б =. Б = Б) расстояние, напримерЙ.1, может быть определено по форму-.ле, полученной при совместном реше"нии уравнений (1 " 3):д 932208 6 ния добротностей О и 6 этих преобразователей согласно соотношениюЭта составляющая погрешности уменьшается в еще большей степени.щ м где д 4 = Ле. - Й - заданное (нормированное) смещение в направлениипроводящей поверхности. между измери" тельными электродами емкостных датчиков 7 и 8,Таким образом, определив частоты и),1 и и) последовательного резонанса 1 преобразователей 1 и 2, можно по формуле (4) определеть расстояния Йи д = Й+ ЬЙ до контролируемой проводящей гюверхности.Если, в более общем случае, ин- р дуктивности Ь.1 и Ь катушек 5 и 6 и площади Б.1 и 8 1 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 щ Случае алгоритм обработки результатов измерения изменяется в соответствии с формулой йд 1(5) Ю,где йд = й.1 + й.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 Сг 1 этой линии связи уменьшается, что обусловливает повышение точности измерения в жестких условиях работы резонансных преоб" разователей, а при выборе соотноше Формула изобретения Источники принятые во вниман 1. Пригоровский ханических величин тодами, "Иашгиз",2. Викторов В.А частотный метод изм рических величин. И с. 92-93 (прототип). и др, Высокоерения неэлект"Наука", 1978,Устройство для измерения расстоя" ний до проводящей поверхности, содержащее резойансный преобразователь, выполненный в виде последовательно соединенных катушки индуктив- ности и емкостного датчика зазора, подключенный к резонансному пре" образователю через линию связи многочастотный 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 температуры и изменяющихся параметров внешней среды, оно снабжено вторым резонансным преобразователем, под" ключенным параллельно первому и выгюлненным в виде последовательно 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 обработ" ки сигналов подключен к линии свя932208 Сини НИИ 113 илиал П Редактор А.Фрол Заказ 3740/55 Составитель С.СкрыпникТехред Ж. Кастелевич Коррек Подписиного комитета СССРений и открытийРаущская наб., д. Тираж 614осударствелам изобреква, Втент", г. Ужгород, ул. Проект