Дифференциальный трансформатор Советский патент 1992 года по МПК H01F40/00 H01F40/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения разности величин двух параметров (емкостей, индуктивностей, сопротивлений и др.) в устройствах, в которых необходимо обеспечить жесткие требования по сохранению начальной (нулевой) настройки схемы измерения.

В современных электронных схемах, устройствах автоматики в качестве измерите- лей разности двух емкостей дифференциальных емкостных преобразователей используются дифференциальные трансформаторы Л1, Л2. При этом паразитные емкости обмоток трансформатора, как правило, не равны друг другу, поэтому необходимо выполнение настройки нуля (балансировки) дифференциального моста измерительной схемы.

Известен способ балансировки нулевого положения измерительной схемы путем компенсации выходного сигнала моста смещением нуля усилительных каскадов измерительной схемы. Смещение достигается за счет использования дополнительных переменных регулировочных элементов, которые на окончательной стадии регулирования, как правило, заменяются на более стабильные дискретные элементы по достигнутому при регулировании параметру. Это приводит к увеличению габаритов усилительных каскадов, особенно при применении усилителей в ГИС исполнении, и к эксплуатационной нестабильности параметров регулирования нуля, так как регулировочные элементы не располагаются в непосредственной близости к емкостному преобразователю.

Кроме того, настройка нуля моста может осуществляться с помощью введения в конструкцию дифференциального трансформатора регулировочных элементов, например, индуктивностей, емкостей и др., в качестве которых могут применяться как универсальные серийно изготавливаемые элементы, так и специальные, разработанные под конкретную конструкцию измерительной схемы. Применение таких регулировочных элементов усложняет конструкцию дифференциального трансформа- тора и приводит к увеличению его габаритных размеров.

Известна конструкция дифференциального трансформатора, в состав которого введен дифференциальный подстроечный конденсатср, аналогичный серийно изготавливаемому подстроенному конденсатору КПК ЛЗ. Такой подстроечный конденсатор содержит ротор, статор, пружины, ось и др. элементы. Дифференциальный трансформатор имеет каркас с выводами, к которым подпаиваются выводы его обмоток и электроды (один общий и два дифференциальных) подстроечного конденсатора. Настройка нуля схемы измерения с таким дифференциальным трансформатором осуществляется с помощью подстроечного конденсатора за счет изменения площадей перекрытия дифференциальных электродов, находящихся на статоре подстроечного конденсатора при вращении его ротора с общим электродом,

Недостатком такого трансформатора является наличие в конструкции подвижных элементов, которое приводит к их взаимному смещению и, следовательно, к изменению нулевой настройки (ухудшению ее стабильности) в условиях эксплуатации: при воздействии влаги, механических ударов, температуры, вибрации и проч.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков, упрощение конструкции дифференциального трансформатора (повышение его технологичности), повышение его помехозащищенности от внешних электромагнитных полей и ослабление собственных полей трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что каркас дифференциального трансформатора выполнен в виде диэлектрического цилиндра, на внутренней поверхности которого нанесен проводящий слой, соединенный с общим выводом трансформатора и выполняющий роль общего электрода подстроечного конденсатора и экрана маг- нитопровода трансформатора, а роль дифференциальных электродов подстроечного конденсатора выполняют проводящие участки, нанесенные симметрично на наружную поверхность каркаса и соединенные с выводами, к которым присоединены выводы дифференциальных первичных обмоток

трансформатора. Конструктивная связь экрана (общего электрода подстроечного конденсатора) с каркасом трансформатора исключает влияние деталей измерительной схемы на величину собственных емкостей

0 обмоток трансформатора.

Балансировка (регулирование) нулевого положения измерительной схемы с применением предлагаемого дифференциального трансформатора осуществляется путем уда5 ления части проводящего слоя одного из электродов, расположенных на наружной поверхности каркаса (цилиндра) каким-либо из известных способов, например, с помощью алмазной головки, электрографа или

0 лазерного луча. Отсутствие относительного перемещения элементов подстроечного конденсатора (ротора и статора) позволяет в условиях эксплуатации (повышенная температура окружающей среды, влага, меха5 нические воздействия) избежать изменения нулевой настройки и повысить ее стабильность.

Кроме того, предлагаемая конструкция трансформатора позволяет осуществлять

0 влагозащиту наружных электродов после настройки, например, покрытием лаком УР- 213, что невозможно сделать в известном трансформаторе, не избежав затекания лака в зазор между ротором и статором, что

5 приведет к изменению нулевой настройки моста.

На фиг. 1 изображен общий вид дифференциального трансформатора с цилиндрическим подстроечным конденсатором; на

0 фиг, 2 - диэлектрический цилиндр; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - принципиальная схема дифференциального транзистора с цилиндрическим подстроечным конденсатором.

5

Дифференциальный трансформатор содержит броневой магнитопровод 1 с дифференциальной входной и выходной обмотками 2, выводы которых присоеди0 нены к выводам 3, закрепленным в каркасе 4 - дифференциальном подстроечном конденсаторе, представляющем собой диэлектрический цилиндр (фиг. 2), например, из керамики, прессматериала и т. п., и нане5 сенным проводящим слоем 6 (общий электрод) по внутренней поверхности каркаса (цилиндра) и двумя проводящими слоями 7 и 8 (электродами) на его наружной поверхности. Проводящие слои 6, 7, 8 соединены гальванически с выводами 3 каркаса 4.

Магнитопровод 1 с обмотками 2 трансформатора может закрепляться в каркасе 4 с помощью заливки компаундом свободной полости 5 (фиг. 1) трансформатора между каркасом и боковой поверхностью магнито- провода 1.

На принципиальной схеме дифференциального трансформатора с цилиндрическим подстроенным конденсатором (фиг. 4) показан Т1-дифференциальный трансформатор с дифференциальной входной обмоткой, выводы которой соединены с электродами 7 и 8 цилиндрического подстроенного конденсатора С1, а общий электрод Б соединен с общим выводом дифференциального трансформатора. Кроме того, на фиг. 3 показано подключение емкостного измерительного преобразователя к дифференциальному трансформаторудляполучениясхемынеуравновешенного моста.

Пример. Для балансировки нулевого положения измерительной схемы с емкостным преобразователем величина емкости подстроенного конденсатора должна изменяться в пределах, обеспечивающих компенсацию максимального неравенства паразитных и рабочих емкостей измерительной схемы. Для измерительных схем неравенство емкостей составляет от 1 до5 пф. Такой емкости соответствует площадь каждого из электродов 7 и 8 (фиг. 2) -10- 50 мм при керамическом каркасе с диэлектрической постоянной 9 и толщиной стенки

о

каркаса 1 мм . Способ изменения емкости построечного конденсатора - удаление проводящего слоя с электродов 7 и 8 -- реализуется с помощью алмазной головки цилиндрической (АГЦ) или выжиганием проводящего слоя лазерным лучом, или локализованным электрическим разрядом. Удаление проводящего слоя начинается с максимально удаленных от выводов участков проводящего слоя 7 и 8.

При дискрете регулирования 0,003 пФ площадь удаляемого проводящего слоя электрода должна быть 0,03 мм . Экспериментальная проверка подтвердила возможность удаления такой площади электрода с применением АГЦ.

При балансировке устройства контроль величины емкости подстроечного конденсатора Ci (фиг. 3) не производится, а осуществляется контроль выходного сигнала (Увых)

дифференциального трансформатора схемы неуравновешенного моста.

Использование предлагаемой конструкции дифференциального трансформатора позволяет повысить временную и температурную стабильность измерительной схемы за счет уменьшения числа сопрягаемых поверхностей различных деталей, которых к известных конструкциях подстроечных конденсаторов в 3 - 4 раза больше (ротор, статор, ось, пружина).

Уменьшение количества элементов повышает технологичность и надежность конструкции дифференциального трансформатора. Предлагаемый трансформатор содержит подстроечный конденсатор, состоящий из одной детали, в нем нет взаимно перемещающихся элементов, стабильность его параметров определяется материалом

каркаса - конденсатора.

Предлагаемый дифференциальный трансформатор с цилиндрическим подстроенным конденсатором для регулирования нулевого положения схемы измерения прошел экспериментальную проверку на предприятии и используется при изготовлении дифференциальных трансформаторов для малогабаритных измерительных устройств, эксплуатируемых в широком диапазоне

температур, при воздействии влаги, вибраций и т. д. по тематике НИОКР.

Результаты испытаний дифференциального трансформатора подтвердили стабильность нулевой настройки схемы измерения

в различных условиях эксплуатации, а также помехозащищенность трансформатора от внешних электромагнитных полей в составе малогабаритных измерительных устройств Формула изобретения

Дифференциальный трансформатор, содержащий броневой магнитопровод с дифференциальной первичной и вторичной обмотками, каркас с выводами и дифференциальный подстроечный конденсатор, о тличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, каркас выполнен в виде диэлектрического цилиндра, на внутренней поверхности которого нанесен проводящий слой, соединенный с общим выводом трансформатора, а на наружную поверхность каркаса симметрично нанесены проводящие слои, которые соединены с выводами дифференциальной первичной обмотки.

5

Фиг

Использование: изобретение относится к электротехнике и направлено на улучшение технологичности конструкции, повышение стабильности параметров измерительной схемы, применяющей дифференциальные трансформаторы. Сущность дифференциального трансформатора состоит в том, что каркас 4 выполнен в виде диэлектрического цилиндра, на внутренней поверхности которого нанесен проводящий слой, выполняющий функцию общего электрода и соединенный с общим выводом трансформатора. На наружную поверхность каркаса симметрично нанесены проводящие слои, выполняющие функцию дифференциальных электродов подстроечного конденсатора, соединенных с выводами дифференциальных первичных полуобмоток, что позволяет упростить конструкцию и повысить надежность. 4 ил. сл с

Фхг.2.

Л ФФеренщ/сглбНб/й емкостной изяррЈ// елбнб & яр ео$рсгз0Ја/г елб

Фиг. 4

Фиг.З

«/Л/i