Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измериельной технике и может быть испольовано для измерения линейных и углоых перемещений объектов различного ункционального назначения.

Целью изобретения является повьшге- ие чувствительности за счет более ффективного использования площади потенциального электрода дифферениального емкостного датчика перемеения, выполненного секционированным

На чертеже изображена структурная схема емкостного трансформаторного моста для измерения перемещений при использовании дифференциального емкостного датчика.

Емкостный трансформаторнБ мост содержит генератор 1 и подключенный к нему первичной обмоткой трансформатор 2 напряжения, имеющий две вто- ричные обмотки с одинаковым числом витков. Эти обмотки включены встречно, а их точка соединения подключена к общей точке емкостного моста. Дифференциальный емкостный датчик перемещения, питающийся от генератора 1 через указанный трансформатор, содержит секционированные потенциальный 3 и токовый 4 электроды, секции которых выполнены одинаковой длины. Коммутатор 5 с блоком 6 управления, присоединенным к его управляющему входу, подключен между секциями токового электрода 4 и компаратором 7 токов. Компаратор 7 содержит две дифференциальные обмотки 8 и 9, имеющие общую точку соединения, кото рая подключена к общей точке моста, и последовательно соединенные с ними обмотку 10 смещения, обмотку 11 с регулируемым числом витков и указательную обмотку 12, подключенную к детектору 13 равновесия моста. Выход детектора 13 подключен к .управляющему входу обмотки 11 компаратора с регулируемым числом витков. Управляемый коммутатор 5 выполнен в ви де четырех трехпозиционных переключателей и имеет один из выходов, подключенный к общей точке моста, и два других, присоединенных к выводам дифференциальных обмоток 8 и 9 компаратЬра 7 токов, К четырем входам коммутатора 5 присоединены секции токового электрода 4, размещенные двумя рядами 14 и 15, которые смещены одиЬ относительно другого в направлении измеряемого перемеще-591002

кия на половину дл)-)ны одной секции, В каждом ряду секции токового электрода соединены через оДну в-две группы 16 и 17 и 18 и 19 соответ5 ственно. Секции потенциального электрода также соединены через одну в две группы 20 и 21, каждая из которых подключена к одной из вторичных. обмоток 22 и 23 трансформатора 2 на 0 пряжения. Группы секций потенциального электрода 3 размещены в два ряда без смещения в направлении измеряемого перемещения и геометрически расположены над соответствующими рядами

5 секций токового электрода 4,

Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений работает следующим образом.

Пусть взаимное расположение элек тродов дифференциального емкостного датчика таково, что под группой 21 секций потенциального электрода 3 находится 1/4 часть площади группы 17 и 3/4 части площади группы 16

секций токового электрода 4, Группы 18 и 19 секций токового электрода 4 при этом подключены к общей точке моста, В результате токи групп 16 и 17 секций токового электрода 4 про30 текают по дифференциальным обмоткам 8 и 9, обмотке 10 смещения и регулируемой обмотке 11 компаратора 7 то- ков. Числа витков дифференциальных обмоток 8 и 9 и обмотки 10 смещения

3 компаратора токов подобраны таким образом, чтобы при указанном начальном положении электродов датчика магнитный пот.ок в сердечнике компаратора 7 токов был равен нулю при нулевом

40 числе витков обмотки 11 с регулируемым числом витков.

При смещении из этого положения потенциального электрода 3 относи45 тельно токового электрода 4 в сердечнике компаратора 7 токов возникает результирующий магнитный поток, вследствие чего в указательной обмотке 12 компаратора начинает проте50 кать ток неравновесия. По сигналу детектора 13 равновесия обеспечивается уравновешивание моста путем изменения числа витков регулируемой обмотки 11 таким образом, чтобы обесJJ печивалась компенсация магнитногр потока в сердечнике компаратора 7 токов, вызванного смещением потенциального электрода 3 из начального положения. Равновесное Число витков

регулируемой обмоткм 11 пропорционально измеряемому перемещению.

При доетижении положения, при котором под группой 21 секций потенциального электрода 3 находится 1/4 j часть площади группы 16 и 3/4 части площади группы 17 секций токового электрода 4, с помощью коммутатора 5, управляемого блоком 6 управления, к дифференциальным обмоткам 8 и 9 ком- ю паратора 7 токов по ключаются группы 18 и 19 секций токового электрода 4. Таким образом, на интервале измеряемых перемещений, равном половине длины секции, измерение проводится 15 на группах 18 и 19 секций токового электрода. При дальнейшем относительном перемещении секций потенциального электрода 3 относительно групп секций токового электрода 4 коммута- 20 тор 5 вновь переключается, и далее измерение вновь ведется на группах 16 и 17 секций токового электрода, однако при этом указанные группы секций подключаются с помощью коммута- 25 тора 5 к дифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токов в противо- фазе по отношению к их первоначальному включению, В четвертом такте измерения обеспечивается коммутация . зо групп 18 и 19 секций токового электрода 4, которые подключаются теперь к дифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора противофазно по отноще- нию к их первоначальному включению. Измеряемое перемещение однозначно определяется состоянием коммутатора 5 и равновесным числом витков обмотки 11 компаратора 7 токов.

Поскольку уравновешивание емкост- его трансформаторного моста осущетвляется в цепи компаратора 7 токов, о абсолютная чувствительность моста ожет.быть определ,ена в виде

Sq Л1/Д,

де Sq - абсолютная чувствительность; ul - приращение тока в цепи дифференциальных обмоток компаратора 7 токов; ul - приращение перемещения, вы- зывающее приращение тока

ы.

Приращение тока д1 можно предстаить в виде разности токов групп

35

токовых электродов, подключенных к дифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токов , где 10 и I, - токи групп 16-19 секций токо004

во.го электрода 4 п зависимости от того, какие группы секций п данный интервал времени подключены к обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токов.

j , ю 15 2025зо

35

5

Благодаря тому, что через трансформатор 2 напряжения на группы 20 и 21 секций потенциального электрода подаются противофазные напряжения, происходит удвоение абсолютной чувствительности предлагаемого устройства, что обусловлено более эффективным использованием площади потенциального электрода емкостного датчика.

Формула изобретения

Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий генератор, коммутатор с блоком управления, емкостный дифференциальный датчик с потенциальным электродом и секционированным токовым электродом, выполненным в виде двух рядов секций равной длины, смещенных один относительно другого в направлении измеряемого перемещения на половину длины одной секции, причем секции токового электрода соединены через одну в две группы в каждом ряду и подключены к четырем входам коммутатора, выполненного в виде четырех трехпозиционных переключателей, первый выход которого подключен к общей точке моста, компаратор токов с двумя имеющими общую точку соединения дифференциальными обмотками, два противоположных вывода которых подключены к второму и третьему выходам коммутатора, и с обмоткой смещения, один вывод которой соединен

с обшей точкой дифференциальньГх обмоток, а другой ее вывод присоединен к обмотке с регулируемым числом витков, противоположный вывод которой присоединен к общей точке моста, и детектор равновесия, входом подключенный к указательной обмотке компаратора, а выходом - к управляющему входу обмотки с регулируемым числом витков, отлич ающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности, он снабжен трансформатором напряжения с первичной обмоткой, подключенной к генератору, и двумя вторичными обмотками с одинаковым числом витков,

;включенными встречно и подключенными своей точкой соединения к общей точке

5I259IOO 6

моста, а потенциальный электрод раз- ненные через одну в две группы, каж- Делен на секции, равные по длине дан из которых подключена к одной секциям токового электрода и соеди- из вторичных обмоток трансфорйатора./

1

I I

.J

Редактор И, Шулла

Составитель С. Скр1 ганик

Техред Л.Сердюкова. Корректор А. Тяско

Заказ 5111/38 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитёЧ-а СССР

но делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

у

L7

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерений линейных и угловых перемещений, позволяя повысить чувствительность емкостного трансформаторного моста для измерения перемещений. Мост содержит генератор, коммутатор и емкостный дифференциальный датчик с секционированными потенциальным и токовым электродами. Два ряда секций токового электрода, имеющих равную длину, смещены один относительно другого вдоль направления измеряемого перемещения на половину длины одной секции. Секции соединены через одну, образуя по две группы в каждом ряду, и подключены к входам коммутатора. Потенциальный электрод емкостного датчика выполнен с двумя рядами секций, равных по длине секциям токового электрода и объединенных через одну в две группы, каждая из которых подключена к одной из встречно соединенных вторичных обмоток трансформатора напряжения, включенного между потенциальным электродом датчика и генератором. При относительном смещениии двух групп секций потенциального электрода относительно четырех групп секций токового электрода происходит разбаланс емкостного трансформаторного моста, что детектируется с помощью компаратора токов трансформаторного типа, подключенного через коммутатор к группам секций токового электрода и имеющего выходную обмотку с регу- лируемым числом витков, подвижный токоотвод от которой подключен к вы-J ходу детектора равновесия. По сигналу детектора равновесия обеспечивается уравновешивание моста путем изменения числа витков регулируемой обмотки компаратора токов, число которых и положение коммутатора однозначно определяют величину перемещения. Абсолютная чувствительность емкостного моста удваивается благодаря более эффективному использованию площади потенциального электрода, выполненного секционированным. 1 ил. I (Л ьс СП со