Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 8

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
Wyszukiwano:
w słowach kluczowych:  indukcyjny czujnik odkształcenia
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
PL
W artykule przedstawiono wyniki testów użycia przekaźników elektromechanicznych jako klucza łączącego na przemian do oscylatora indukcyjne czujniki: pomiarowy i odniesienia w referencyjnej metodzie pomiaru odkształcenia. Szczególnie dotyczy to pomiarów odkształceń skał w komorze ciśnieniowej. Testy te wykazały, że stosowanie przekaźników zamiast tranzystorów jest w pełni możliwe. Ich rezystancja w stanie włączenia i pojemność w stanie wyłączenia są kilkadziesiąt razy mniejsze niż tranzystorów. Wprawdzie szybkość przełączania przekaźników jest nieporównanie mniejsza (milisekundy), ale wystarczająca, aby pomiary wykonywać z częstotliwością nawet 2Hz, co jest w pełni zadawalające. Przedstawiono również wyniki pomiarów charakterystyk wyjściowych niektórych bipolarnych tranzystorów małej i średniej mocy, w celu znalezienia typu o jak najmniejszej rezystancji w stanie włączenia, tak, aby można go było zastosować do przełączania czujników.
EN
The paper shows some results of tests carried out to demonstrate the usability of electromechanical relays for switching inductive sensors, instead of the previously used transistors, in the reference measuring deformation method. This is particularly important in strain measurements of rock samples in high hydrostatic pressure (up to 400 MPa). The completed tests showed full usability of electromechanical relays. First of all these relays have a low resistance in the “on” state (less than 0,1 Ω) which is about thirty times smaller than the resistance of a transistor key. This is particularly important in case of using the deformation sensor made of manganin wire. Resistance of such a sensor is 8 Ω and is not much greater than the resistance in “on” state of the transistor key, which is 3 Ω. An application of an electromechanical relay will increase the quality factor of the resonant circuit and will increase capacity of capacitors (double for manganin sensor). Then the instability of oscillation caused by impact of unstable capacitance of connections between the sensor and the oscillator will be reduced, mainly for the electrical seals in the cell wall. This will reduce the uncertainty of measurement of deformation. Similarly works, although to a lesser extent, relatively low capacity of the electromechanical relay equal to 0,1pF (in comparison to the capacity of transistor key, which is 3-10 pF) and its independence from the temperature in the “off” state. Switching time of the electromechanical relay from the “off” to the “on” state (few milliseconds) and the extinction of vibrations contacts after switching (which lasts tens of milliseconds), are so short-lived that it is possible to carry out measurements with frequency of about 2 Hz.
PL
W opracowaniu przedstawiono przyrząd i sposób wzorcowania indukcyjnego, bezrdzeniowego czujnika odkształceń. Przyrząd skonstruowany został przez autora, na bazie śruby mikrometrycznej. Zamieszczono otrzymane wyniki wzorcowania oraz ich statystyczną analizę, ponadto przedstawiono rachunek niepewności procesu wzorcowania ze względu na: błędy zamocowania czujnika, sztywność układu pomiarowego, uchyb wzorca (śruby mikrometrycznej) oraz szeroko rozumianą stabilność generatora. Indukcyjny czujnik odkształceń wykorzystywany jest rutynowo do pomiarów ściśliwości próbek skał w komorze ciśnieniowej aparatu GTA-10. Czujnik stanowi indukcyjną część obwodu rezonansowego LC generatora drgań. Zmiany długości czujnika, który jest zamocowany na badanej próbce materiału, powodują zmianę częstotliwości drgań, co jest rejestrowane i stanowi podstawę do wyliczenia odkształceń próbki. Do obliczeń konieczna jest znajomość czułości czujnika, czyli zależności zmian częstotliwości od jego długości (wzorcowanie). W pomiarze ściśliwości stosowany jest również czujnik referencyjny pozwalający na redukcję błędów, w tym również błędów wzorcowania czujnika. Podczas pomiarów odkształcenia innych niż ściśliwość, czyli przede wszystkim pomiary odkształceń w trójosiowym stanie naprężenia (w komorze ciśnieniowej) oraz pomiar w jednoosiowym stanie naprężeń w urządzeniu Instron błędy wzorcowania przekładają się wprost na błędy pomiarowe. Uzyskaną niepewność wzorcowania na poziomie około 0,4% można uznać za zadawalającą, biorąc pod uwagę fakt, że czujnik projektowano do zastosowań specjalistycznych, w warunkach wysokiego ciśnienia, w których użycie innych przyrządów pomiarowych jest problematyczne lub niemożliwe. Prawdopodobnie przyczyną stosunkowo dużej niepewności są głównie: nierównoległość mocowania czujnika względem kierunku odkształcania i zmienna wartość indukcyjności połączeń.
EN
The paper presents a simple, mechanical instrument designed by author especially for calibration of coreless inductive strain sensor. This sensor, which is attached to a specimen of a tested material, works as an inductive part of a resonant circuit of LC oscillator. Change in the length of the sensor results in a change of vibration frequency of the LC oscillator. This frequency is registered and used for calculation of deformation of the specimen. For the deformation calculation it is necessary to know the characteristic of the sensor understood as a relationship between its length and oscillator frequency (sensitivity). An inductive sensor is routinely used to measure the compressibility of rock samples in a high pressure chamber of the GTA-10 apparatus. For better reduction of measurement errors the sensor is used in the, so called, reference system with second identical sensor working as a reference sensor. It reduces the sensor calibration errors during the compressibility measurements. In case of experiments different from compressibility test (conventional triaxial test, uniaxial compression test in the INSTRON strength device) the calibration errors causes directly the measurement errors . The calibrating instrument described below was designed and made on the basis of a micrometer screw. The paper presents some results of the calibration procedure executed by means of the instrument as well as some results of calculations of untercainty of calibration procedure. In the uncertainty calculations the following parameters were taken into account: errors caused by sensor fixing, stiffness of the measuring system, deviation of the pattern (micrometer) and widely considered stability of the LC oscillator. The calibration uncertainty of the sensor was about 0,5%. This result may be regarded as satisfactory if it is taken into account that the sensor was designed for strain measurements under high hydrostatic pressure of hundreds of MPa. In such very special conditions use of any other measuring devices is difficult or even impossible. As a possible reason of relative high uncertainity of a sensor two factors should be taken into account: a sensor mounting misalignment and some variations of inductance of connection between the sensor and the oscillator.
3
Content available remote Zakres kompensacji temperaturowej indukcyjnego czujnika odkształceń
PL
Przedstawiono badania, dotyczące wpływu temperatury na pomiar odkształcenia bezrdzeniowym czujnikiem indukcyjnym, w szczególności przy zmieniającej się długości czujnika, wykonanego z różnych materiałów, głównie z miedzi. Jest to kontynuacja prac nad wykorzystaniem indukcyjnego, bezrdzeniowego czujnika do pomiaru odkształceń skał w komorze ciśnieniowej aparatu GTA-10. Dotychczas wykorzystywano do tego celu tensometry elektrooporowe lub czujnik indukcyjny wykonany z wysokorezystywnej stali sprężynowej. Jednak wykonane w ubiegłym i bieżącym roku eksperymenty z zastosowaniem czujnika miedzianego współpracującego z opracowanym przez autora, zmodyfi kowanym obwodem rezonansowym wykazują, że będzie on lepszy od stalowego w pomiarach małych odkształceń, poniżej 1%. Wyznaczono rodziny charakterystyk termicznych, w zakresie około od –10 do +90°C, dla czujników o różnych długościach, wykonanych z: miedzi, stali wysoko- i niskorezystywnej oraz manganinu, a także z czujników będących kombinacją tych materiałów. Uzyskane wyniki eksperymentalne porównano z symulacjami charakterystyk termicznych w oparciu o wyprowadzone równania opisujące wpływ temperatury czujnika na częstotliwość drgań obwodu rezonansowego. Stwierdzono zadowalającą zgodność symulacji z wynikami eksperymentów. Wypracowano nowe wzory umożliwiające wprowadzanie poprawek do pomiaru odkształcenia ze względu na oddziaływanie zmiennej temperatury na czujnik pomiarowy i odniesienia w porównawczej metodzie pomiaru. Przez odpowiedni dobór parametrów obwodu rezonansowego osiągnięto małą zależność wskazań czujnika od jego temperatury, a równocześnie dużą wartość pojemności obwodu, co praktycznie eliminuje wpływ pasożytniczych pojemności połączeń na stabilność drgań obwodu rezonansowego. Uzyskane wyniki wykorzystane będą w pomiarach odkształceń, głównie ściśliwości w aparacie ciśnieniowym GTA-10 w zakresie ciśnień do 400 MPa.
EN
Testing is done to establish the influence of temperature on the results of strain measurements with a core-less inductive sensor, particularly for the variable length of the sensor made of different materials, mostly from copper. This is continuation of research work on applications of an inductive, core-less sensors designed to measure rock strains in the pressure cell of the GTA-10 device. So far strain measurements have been taken with electro-resistant strain gauges or inductive sensors made from high-resistant spring steel. Recent tests utilising a copper sensor integrated with a modified resonance circuit engineered by the author reveal it well outperforms the existing solutions in the range of low strains, below 1%. The thermal characteristics are obtained, in the range of –10 to 90°C for sensors of different length and made of copper, high- and low-resistant steel, manganite and sensors being a combination of these material components. Experimental results are compared with simulated thermal characteristics based on equations expressing the influence of the sensor temperature on vibration frequency of the resonant circuit. New correction terms are computed accordingly to account for the effects of temperature fluctuations in the sensor and those of the reference temperature in the comparative method. Control of parameters of the resistance circuit guarantees the weak dependence of vibration frequency on sensor temperature, also ensuring high capacity of the circuit, which practically mitigates for the effects of parasite connections on stability of vibrations of the resonance circuit. Results will be utilised in strain measurements, particularly in rock compressibility tests performed in the pressure cell GTA-10, operating in the pressure range up to 400 MPa.
PL
Opracowanie prezentuje wyniki kontynuacji badań nad zastosowaniem indukcyjnego, bezrdzeniowego czujnika odkształceń, wykonanego z różnych metali. Celem było uzyskanie szerokiego zakresu stabilizacji termicznej czujnika przy zachowaniu dużej pojemności obwodu rezonansowego, z którym współpracuje czujnik, co minimalizuje destabilizujący wpływ niestabilnych pojemności połączeń. W niniejszej pracy przedstawiono poprawione równania określające zależność częstotliwości drgań generatora od temperatury czujnika z nim współpracującego, dla różnych parametrów elektrycznych czujnika i obwodu rezonansowego. Analizie matematycznej poddano także układ pomiarowy złożony z badanego materiału, czujnika odkształceń i łącznika, ze względu na rozszerzalność termiczną tych elementów. Łącznik dopasowuje długość czujnika do żądanej długości bazy pomiarowej. Uzyskane formuły skonfrontowano z wynikami eksperymentów. Stwierdzono dobrą zgodność charakterystyk termicznych czujników wykonanych z miedzi i ze stali węglowej uzyskanych eksperymentalnie z wyznaczonymi na podstawie odpowiednich równań. Dokonano więc symulacji takich charakterystyk dla czujników wykonanych z brązu i mosiądzu. Stwierdzono ich potencjalną przydatność ze względu na korzystną charakterystykę termiczną i właściwości sprężyste. Wyniki dotychczasowych badań skłaniają do dalszych poszukiwań optymalnej konstrukcji czujnika, celem uzyskania zarówno dobrych parametrów elektrycznych jak i mechanicznych, przez wykonanie go przez połączenie różnych materiałów, szczególnie takich jak brąz, mosiądz, manganin oraz stal nisko i wysoko rezystywna.
EN
The article presents the results of the continued research into the ways of application of a coreless induction deformation sensor made of various metals. The research objective was to obtain a wide range of the sensor’s thermal stabilization while keeping a high capacity of the resonant circuit with which the sensor cooperates (this minimizes the destabilizing infl uence of unstable link capacities). The present paper provides some corrected formulas determining the relationship between the vibration frequency and the sensor temperature, for various electrical parameters of the sensor and the resonant circuit. Another subject of mathematical analysis was a measuring system composed of the material being tested, a deformation sensor, and an adapter/connector (?), due to thermal expansion of these elements.The adapter/connector adapts the length of the sensor to the required length of the measurement base. The obtained formulas were confronted with the results of the experiments. It was confi rmed that the thermal properties of sensors made of copper and carbon steel, obtained in the course of the experiments, and the properties determined by means of proper formulas are highly compatible. Therefore, a simulation of such properties was performed for sensors made of bronze and brass. It was found that, due to their high elastic properties, they are potentially useful. The results of the research that has hitherto been done inspire further search for an optimal construction of the sensor, in order to obtain satisfactory electrical and mechanical parameters due to combining various construction materials – in particular, copper, bronze, brass, manganin, as well as low – and high-resistant steel.
PL
W opracowaniu przedstawiono autorską modyfikację obwodu rezonansowego, umożliwiającą kompensację termiczną indukcyjnego czujnika odkształceń wykonanego z drutu miedzianego, włączonego w ten obwód. Generator drgań z tym obwodem tworzy przetwornik odkształcenie-częstotliwość. Atrakcyjność czujnika miedzianego wynika z możliwości zastosowania w obwodzie rezonansowym kondensatorów o dużej wartości, kilkunastokrotnie większej niż w przypadku czujnika wykonanego ze stalowego drutu wysokorezystywnego, stosowanego obecnie. W efekcie pomiary odkształceń takim czujnikiem będą obarczone wielokrotnie mniejszym błędem, gdyż pojemności pasożytnicze połączeń czujnika z generatorem będą odpowiednio mniej destabilizować generator. W pomiarach właściwości próbek skał w komorze ciśnieniowej, wartość pojemności połączeń zależy głównie od temperatury i ciśnienia oddziaływujących na przepusty elektryczne w ścianie komory. W artykule zamieszczono matematyczną analizę zmodyfikowanego obwodu rezonansowego w oparciu o fazowy warunek generacji drgań. Uzyskane teoretyczne wyniki skonfrontowano z pomiarami stabilności termicznej czujnika w zakresie od 0 do 100oC, w ciśnieniu normalnym.
EN
The study gives a detailed description of a modified resonance circuit designed by the Author, enabling the full thermal compensation of the deformation sensor made of copper wire and interacting with the circuit. One of the advantages of copper sensors in resonance circuits is that high-capacity condensers can be incorporated, much more powerful than when most popular high-resistance wire sensors are used. As a result, deformation measurements taken with such sensors would involve decidedly smaller errors as parasite capacities, associated with temperature and pressure in the pressure chamber, and these will affect the resonance circuit in much lesser degree. That is of key importance in measurements of rock properties in the high pressure conditions. The study provides the mathematical analysis of the modified resonance circuit, based on the phase conditions of its generation. Theoretical results are compared with thermal stability measurement data for the sensor, in the range from 0 to 100°C, under the normal pressure.
PL
Poniżej przedstawiono wyniki testów pomiaru odkształceń czujnikiem indukcyjnym, które miały na celu wyznaczenie błędów tegoż pomiaru, w zależności od wartości pasożytniczej pojemności elektrycznej bocznikującej klucze, służących do naprzemiennego przełączania czujnika pomiarowego i odniesienia w porównawczej metodzie pomiaru. Pojemność bocznikująca powoduje, że pomimo wyłączenia przez klucz danego czujnika jego indukcyjność jest połączona szeregowo z obwodem rezonansowym poprzez tę pasożytniczą pojemność, co w pewnych przypadkach może być źródłem znaczącego błędu pomiarowego. Dokonano również teoretycznej analizy obwodu rezonansowego z uwzględnieniem pojemności bocznikujących klucze, co pozwoliło na sformułowanie wzorów określających ich wpływ na błąd pomiaru. Zaproponowano także metodę redukcji błędów.
EN
The paper presents some results of displacement measurements carried out by means of the inductive sensor. The main goal of the measurements was to evaluate some errors caused by parasite capacitances of the keys used in periodical commutation measured and referenced sensors to the same oscillator. The capacitances shunt the keys in opened state. Values of these errors could be predicted by mathematical calculations. In the paper a practical way of reduction of these errors is described.
PL
Poniżej przedstawiono wyniki testów zmodyfikowanego indukcyjnego czujnika odkształcenia wykorzystywanego w pomiarach w warunkach wysokiego ciśnienia. Modyfikacja ta polegała na skróceniu czujnika oraz podzieleniu go na dwie równe części i połączeniu ich pod względem elektrycznym szeregowo a mechanicznym równolegle. Tak wykonany czujnik zamocowano do próbki badanego materiału za pomocą łącznika, który dopasowuje czujnik o długości kilkunastu milimetrów do próbki o długości kilkudziesięciu milimetrów. W ten sposób można kilkakrotnie zwiększyć czułość czujnika, gdyż dla danych odkształceń próbki krótki czujnik odkształci się bardziej dając silniejszy sygnał pomiarowy. Dzięki temu można zmniejszyć błędy pomiaru. Testowano czujniki wykonane ze stali nisko- i wysokorezystywnej. Pomiar odkształcenia w obecności ciśnienia rzędu setek MPa wymaga uwzględnienia wpływu tegoż ciśnienia na łącznik, co omówiono w opracowaniu. Przedstawiono także możliwości kompensacji termicznej czujnika.
EN
The paper presents some results of tests of modified inductive displacement sensor carried out under high pressure conditions. The sensor was modified in the following way: the coil was divided into two short parts of the same length. The two short coils connected from elektrical point of view in serial and from mechanical point of view in parallel way. Such constructed sensor was installed onto tested material with the help of connecting bar, which adjust length of the total sensor to length of a sample of material. This way the sensitivity of the sensor grew few times and, consequently measuring errors were reduced. Two versions of the new sensor were tested: one made of a high and a low resistive steel wire. In the paper an impact of hydrostatic pressure about hundreds of MPa on connecting bar is discussed as well as a possibility of thermal compensation of inductive sensor.
PL
Poniżej przedstawiono wyniki badania wpływu temperatury na indukcyjny czujnik do pomiaru odkształceń próbek skał w komorze ciśnieniowej. Próbki te poddawane są zmiennym ciśnieniom hydrostatycznym za pośrednictwem cieczy wypełniającej komorę. Podczas sprężania i rozprężania cieczy występują zmiany temperatury dochodzące nawet do kilkudziesięciu stopni powodując błędy pomiaru. Znaczną ich redukcję osiągnięto stosując czujnik odniesienia oraz wysokorezystywny stalowy czujnik o małej wrażliwości na temperaturę. W pracy pokazano jak parametry obwodu rezonansowego oscylatora, z którym współpracuje czujnik, wpływają na zależność: temperatura czujnika-częstotliwość oscylacji. Wykazano również, że odpowiednio modyfikując obwód rezonansowy można skompensować termicznie czujnik wykonany z niskorezystywnej stali zwiększając dzięki temu wartość pojemności obwodu rezonansowego, co przyczynia się do zmniejszenia wpływu pojemności pasożytniczych na błędy pomiaru odkształcenia. Czujniki badano w przedziale temperatur od 0 do 100°C. Charakterystykę termiczną w podanym przedziale temperatur czujnika wysokorezystywnego można uznać za liniową, zaś charakterystyka czujnika niskorezystywnego ma kształt paraboli. Czujnik manganinowy ma częstotliwościową charakterystykę termiczną liniową o współczynniku około –15ppm/°C niezależnym od parametrów obwodu rezonansowego.
EN
The paper contains some results of tests of the impact of temperature on an inductive displacement sensor made from different materials. The inductive sensor is generally used for strain measurements in the triaxial state of stress of the order of hundreds or even thousands MPa. The pressure fluctuations in the triaxial cell cause temperature changes and finally some measurement errors. The sensor cooperates with transistor LC oscillator. The thermal coefficient of the sensor is defined as the change of frequency of the oscillator with reference to a sensor temperature. It has been proved that the thermal coefficient of a steel sensor may vary in a wide range, and take positive or negative values. The value and the mark of the thermal coefficient depend on proportion between the capacities of an additional capacitor installed paralelly to sensor to main capacitors present in a resonant circuit. The temperature-frequency characteristic of the sensor is almost linear when it is made from high resistive steel and takes parabolic shape for low resistive steel. The same characteristic obtained for manganin sensor is linear with a thermal coefficient equals about –15 ppm/K and is independent from parameters of resonant circuit. Effect of thermal stabilization of frequency appears for high attenuation resonant circuit.
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.