Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений Советский патент 1987 года по МПК G01B7/00 

тор 7 токов с индикаторной 8, регулируемой 9 и дифференциальными обмотками, 10, 11, 12, 13, дифференциальный емкостный датчик с потенциальным электродом 3, подключенным к вторичной обмотке трансформатора 2 напряжений, и токовым электродом 4, подключенным к дифференциальным обмоткам первого компаратора 7 токов, первый детектор 5 равновесия, подклю чегнный к индикаторной обмотке 8,выход которого подключен к первому ком мутатору 6, управляющему коммутацией витков регулируемой обмотки 9, регулируемый отвод которой подключен к общей точке прибора, и генератор 1, подключенный к первичной обмотке трансформатора напряжений. С целью расширения функциональных возг 1ожнос- тей, а именно обеспечения одновременного измерения по двум рртогональ ным координатам с помощью одного дат

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений.

Цель изобретения - расширение функциЬнальных возможностей за счет осуществления измерения перемещений одновременно по двум координатам. На чертеже приведена блок-схема емкостного трансформаторного моста.

Устройство содержит генератор 1, трансформатор 2 напряжений, емкостный дифференциальный датчик с потенциальным 3 и токовьм 4 электродами, первый детектор 5 равновесия, первый коммутатор 6 и первый компаратор 7 токов с индикаторной 8, регулируемой 9 и дифференциальными 10- 13 обмотками, второй детектор 14 рав новесиял второй коммутатор 15 и вто- ррй компаратор 16 токов с индикаторной 17, регулируемой 18 и дифференциальными 19-22 обмотками. Потенциальный ,3 и токовый 4 электроды выполнены квадратными. Токовый электрод 4 разделен изолирующими промежутками на четыре квадратных секции 4.1-4.4, величина которых равна величине потенциального электрода 3.

93470

чика, прибор снабжен вторыми детектором 14 равновесия, коммутатором 15 и компаратором 16 токов с индикаторной 17, регулируемой 18 и четырьмя дифференциальными 19, 20, 21, 22 обмотками, индикаторная обмотка 17 которого подключена к второму детектору 14 равновесия, выход которого подключен к второму коммутатору 15, который управляет коммутацией витков регулируемой обмотки 18 второго компаратора токов, а в первьй компаратор 7 токов введены две дополнительные дифференциальные обмотки 12, 13. Потенциальные 3 и токовые 4 электроды емкостного дифференциального датчика выполнены в виде квадратов, причем токовый электрод разделен изолирующими промежутками на четыре секции, размер которых равен размеру, потенциального электрода 3.

1 ИЛо

Секции 4,1-4.4 токового электрода 4 подключены к дифференциальным обмоткам 13, 12, 11, 10 компаратора 7 токов, индикаторная обмотка 8 которого

подключена к детектору 5 равновесия, выход которого подключен к коммутатору 6, который изменяет число витков регулируемой обмотки 9, регулируемый отвод которой подключен к общей

О точке прибора. Дифференциальные обмотки 10, 11, 12, 13 компаратора 7 токов соединены с дифференциальными обмотками 19, 20, 21, 22 компаратора 16 токов, индикаторная обмотка

17 которого подключена к детектору 14 равновесия, выход которого подключен к коммутатору 15, который изменяет число витков регулируемой об- мо тки 18, регулируемьш отвод которой

соединен со средней точкой регулируемой обмотки 9. Дифференциальные обмотки 19, 20, 21, 22 компаратора 16 токов имеют общую точку, которая . подключена к средней точке регулируемой обмотки 18 причем дифференциальные обмотки 10, 11 компаратора 7 токов намотаны согласно. Дифференциальные обмотки 12, 13 тоже намотаны согласно друг другу, но встреч5

но дифференциальным обмоткам 10, 11. Дифференциальные обмотки 19, 20, 21, 22 компаратора 16 токов намотаны таким образом, чтобы при указанном выше их попарном последовательном соединении с дифференциальными обмотками 10, 11, 12, 13 образовывались две пары согласно включенных дифференциальных обмоток 19, 10 и 21, 12 и две пары встречно включенных дифференциальных обмоток 20, 11 и 22, 13. Кроме того, дифференциальные обмотки 10,Ml, 12, 13 и 19, 20, 21, 22 имеют одинаковое число витков. Генератор 1 подключен к входной обмотке 23 трансформатора 2 напряжений, выходная обмотка 24 которого подключена к потенциальному электроду 3.

Устройство работает следующим образом.

Пусть взаимное расположение электродов датчика таково, что потенциальный электрод 3 расположен точно по центру токового электрода 4. Тогда токи секций .4.1-4.4 токового электрода 4 равны, так как равны соответствующие им частичные емкости. Пусть также равны нулю числа витков регулируемых обмоток 9 и 18. Магнитный поток в сердечнике компаратора 7 токов определяется разностью суммы токов дифференциальных обмоток 12, 13 и суммы токов дифференциальных обмоток 10, 11 или соответственно разностью суммы токов секций 4.2, 4.1 и суммы токов секций 4.4, 4.3 токового электрода 4, а магнитный поток в сердечнике компаратора 16 токов аналогично определяется разностью суммы-токов секций 4.1, 4.4 и суммы токов секций 4.2, 4.3 токового электрода 4. Поскольку токи секций 4.1-4.4 равны, то равны нулю магнитные патоки в сердечниках компараторов 7 и 16, следовательно прибор будет уравновешен.

При смещении потенциального электрода 3 вдоль оси X токи секций 4.1 4.2, 4.3 токового электрода 4 изменяются. Однако сумма токов секций 4.1 и 4.2 и сумма токов секций 4.3 и 4.4 остаются постоянными, так как они определяются соответствующими

частичными емкостями, которые прОпор-55 ние вдоль оси Y при этом однозначно

циональны площади перекрытия потенциального электрода 3 и соответствую- пщх секций токового электрода 4.Для суммы токов секций 4.1 и 4.2 это

суммарная площадь перекрытия потенциального электрода 3 и секций 4.1 и 4.2 тсзкового электрода 4, а для суммы токов секций 4.3 и 4.4 это суммарная площадь перекрытия потенциального электрода 3 и секций 4.3 и 4.4 токового электрода 4. Указанные площади при смещении потенциального электрода 3 вдоль оси X остаются постоянными. Поэтому магнитный поток в сердечнике компаратора 7 токов равен нулю. Сумма токов секций 4.1, 4.4 и сумма токов секций 4.2, 4.3 при этом изменяются, так как изменяются соответствующие площади перекрытия потенциального электрода 3 и секций токового электрода 4. В сердечнике компаратора 16 токов возни0

5

0

5

к появлению тока неравновесия в индикаторной обмотке 17. Детектор 14 равновесия уравновешивает мост с помощью коммутатора 15, изменяющего число витков регулируемой обмотки 18 так, чтобы скомпенсировать возникший магнитный поток.

Перемещение вдоль оси X при этом однозначно определяется равновесным числом витков регулируемой обмотки 1 8 .

При смещении потенциального электрода 3 вдоль оси Y токи секций 4.1, 4.2, 4.3 и 4.4 изменяются. Теперь постоянными остаются сумма токов секций 4.1 и 4.4 и сумма токов секций 4.2 и 4.3, так как постоянны соответствующие им площади перекрытия потенциального 3 и токового 4 электродов. Поэтому в сердечнике компаратора 16 токов магнитный поток равен нулю. Сумма токов секций 4.1 и 4.2 и сумма токов секций 4.3 и 4.4 при этом изменяются из-за изменения площадей перекрытия потенциального электрода 3 и соответствующих секций токового электрода 4. В сердечнике компаратора 7 токов возникает магнитный поток, что приводит к появлению тока в индикаторной обмотке 8. 0 Детектор 5 равновесия уравновешивает мост с помощью коммутатора 6, изменяющего число витков регулируемой обмотки 9 так, чтобы скомпенсировать возникший магнитный поток. Перемеще0

5

определяется равновесным числом витков регулируемой обмотки 9.

При одновременном смещении потенциального электрода 3 по двум осям

X и Y магнитный поток возникает и в компараторе 7 токов, и в компараторе 16 токов. В этом случае мост уравновешивается и детектором, 5., и де- тектором 14 равновесия, которые с помощью коммутаторов 6 и 15 изменяют числа витков регулируемых обмоток 9 и 18 так, чтобы скомпенсировать возникшие в сердечниках компараторов 7 и 16 токов магнитные потоки. При этом измеряемое перемещение по оси X однозначно определяется равновесным числом витков регулируемой обмотки 18, а по оси Y - равновесным числом витков регулируемой обмот- ки 9.

Формула изобретения

Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжений с вторичной обмоткой, первый компаратор токов с индикаторной, регулируемой и двумя дифференциальными обмотками,- дифференциальный емкостный датчик с потенциальным электродом, подключенным к вторичной обмотке трансформатора напряжений, и токовым электродом, подключенным к дифферен- циальным обмоткам первого компаратора токов, первьй коммутатор., первьга детектор равновесия, подключенный к индикаторной обмотке, выход которого подключен к первому коммутатору осуществляющему коммутацию витков регулируемой обмотки, регулируемый отвод которой подключен к общей точке прибора, и генератор, подключенны к первичной обмотке трансформатора напряжений, отличающийся тем, что, с целью расширения функ- циональных возможностей, первьй ком

Редактор М. Циткина Заказ 369/40

Составитель В. Николаев

Техред Л.Сердюкова Корректор С. Шекмар

Тираж 678 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР .

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская набо, д, 4/5

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

5

5 0

0

5

0

паратор токов выполнен с четырьмя дифференциальными обмотками, а устройство снабжено вторым детектором равновесия, вторым коммутатором и вторым компаратором токов с индикаг: торной, регулируемой и четырьмя дифференциальными обмотками, индикаторная обмотка которого подключена к второму детектору равновесия, выход которого подключен к второму коммутатору, осуществляющему коммутацию витков регулируемой обмотки второго компаратора токов, потенциальньй и токовый электроды прибора выполнены в виде квадратов, токовьй электрод разделен изолирующими промежутками на четыре секции, размер которых равен размеру потенциального электрода, причем четыре секции токового электрода подключены к четырем входам дифференциальных обмоток первого компаратора Токов, выходы которых подключены к четырем входам дифферен- -циальных обмоток второго компаратора токов, выходы которых объединены и подключены к средней точке регулируемой обмотки второго компаратора . токов, регулируемьй отвод которой подключен к средней точке регулируемой обмотки первого компаратора токов,, причем две дифференциальные об- мотки первого компаратора токов, на- .мотанные согласно, соединены с двумя дифференциальными обмотками второго компаратора токов, намотанными встречно, и две другие дифференциальные обмотки первого компаратора токов, намотанные согласно друг другу, но встречно двум первым обмоткам, соединены с двумя другими дифференциальными обмотками второго компаратора токов, намотанными встречно.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению линейных перемещений при помощи дифференциальных емкостных датчиков. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет осуществления измерения перемещений одновременно по двум координатам. Устройство содержит трансформатор 2 напряжений, первый компараГ Г1(,,1 j ел УуЛуул У