Устройство для стабилизации крутизны преобразования емкостных датчиков Советский патент 1976 года по МПК G01B7/16 G01B21/00 

УСТЮЙСТВО для СТАБИЛИЗАЦИИ КРУТИЗНЫ

(54) ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА

Изобретение относится к автоматике, может быть использовано для измерения механических величин - деформаций конструкций, угловых и линейных перемещений - с помощью емкостных датчиков.

Как известно, крутизна : преобразования емкостного датчика зависит от напряжения питания и от емкостей конденсаторов. В свою очередь, емкость датчика зависит от его геометрических размеров и от диэлектрической проницаемости диэлектрика (воздуха). Геометрические размеры датчика изменяются под воздействием температуры окружающей среды, а диэлектрическая проницаемость воздуха зависит от его влажности.

Для стабилизации крутизны преобразования датчика его обьино герметизируют, термостатируют и тщательно стабилизируют напряжение питания.

Известны устройства для стабилизации крутизны преобразования емкостного датчика, содержащие регулятор напряжения, генератор гармонических колебаний, схему сравнения, серводвигатель, редуктор, регулятор напряжения и отсчетное устройство.

Цель изобретения - упрощение конструкции и расширение областа применения устройства.

Предлагаемое устройство отличается тем, что в каждое плечо измерительного полумоста, составленного из емкостей датчика, включено по одному измерительному трансформатору тока, вторичные обмотки которых соединены последовательно и нагружены на конденсатор, подключенный через усилитель и демодулятор к схеме сравнения, связанной также с источ1тиком стабилизированного постоянного напряжения и с входом другого усилителя, нагруженного на серводвигатель. Серводвигатель через редуктор механически связан с регулятором напряжения. При этом выход измерительного моста нагружен на другой конденсатор, несоизмеримо больший.

Регулятор напряжения питания подключен к

входу измерительного моста. Емкостньш дифференциальный датчик любой конструкции подключается к трем клеммам, вьтеденным от конденсатора, включенного в диагональ измерительного моста, и

от первичных обмоток трансформаторов тока.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Регулятор напряжения источника питания 1 подключен к выходу генератора гармонических

колебаний 2 и к входу измерительного моста.

сх)ставле1шого из резисторов 3 и 4 и двух конденсаторов емкостного датчика 5, с включенными в него конденсатором 6, резистором 7 и первичными обмотками измерительных трансформаторов тока 8 и 9. Конденсатор 10, подключенный к входу усилителя 11, и вторичные обмотки трансформаторов тока 8 и 9 включены последовательно. Выход усилителя 11 через демодулятор 12 подключен к схеме сравнения 13, связанной также с источником стабилизированного постоянного напряжения 14. Выход схемы сравнения 13 через усилитель 15 подключен к серводвигателю 16, выходной вал которого через редуктор 17 механически связан с регулятором напряжения источника питания 1. Емкостньш датчик 5 подключают к клеммам, выведенным от первичных обмоток трансформаторов тока 8 и 9 и от конденсатора 18, включенного в диагональ измерительного моста. Конденсатор 18 подключен к входу усилителя 19, выход которого через демодулятор 20, имеющий выход 21,подсоединен к входу отсчетного устройства 22. Входы демодуляторов 12 к 20 подключены к выходу генератора гармонических колебаний 2.

Запитьюаемый от генератора гармонических колебаний 2 через регулятор напряжения источника питания 1 измерительньш мост в исходном состоянии уравновешен и на его выходе, т.е. на конденсаторе 18 и на входе усилителя 19, напряжение отсутствует. Ток протекающий через конденсаторы датчика, трансформируется во вторичные обмотки трансформаторов тока 8 и 9, и на конденсаторе 10 присутствует напряжение, пропордиональное суммарному току, протекающему через конденсаторы. Это напряжение через усилитель 11 и демодулятор 12 поступает на схему сравнения 13, где сравнивается с напряжением источника постоянного стабилизированного напряжения 14. Сигнал разности этих напряжершй снимается со схемы сравнения 13 и через усилитель 15 поступает на серводвигатель 16, механически связанный через редуктор 17 с регулятором напряжения источника питания 1 измерительного моста. Под воздействием этого напряжения серводвигатель 16 поворачивается и изменяет напряжение на выходе регулятора напряжершя таким образом, чтобы сяести к нулю напряжение на выходе схемы сравнения 13. Таким образом напряжение на выходе демодулятора 12 поддерживается постоянным и равным напряжению источника постоянного стабилизированного напряжения 14. Это напряжение пропорционально напряжегшю на конденсаторе 10 и, следовательно, суммарному току двух плеч измерительного моста, составленных из конденсаторов датчика 5.

При изменении соотношения емкостей конденсаторов датчика, определяемого величиной измеряемой деформации, изменяются токи через конденсаторы датчика, но суммарный ток с точностью до величин высщего порядка малости не изменяется. Напряжение на выходе измерительного моста, т.е. на конденсаторе 18, в режиме короткого замыкания, который обеспечивается шунтированием выхода измерительного моста конденсатором

18,несоизмеримо большое по сравнению

с выходной емкостью измерительного моста, пропорционально напряжению питания измерительного моста и приращению емкостей датчика вследствие деформации. В свою очередь, суммарный ток, протекающий через конденсаторы датчика 5, в режиме короткого замыкания пропорционален полной емкости датчика и напряжению питания. Поэтому поддержание этого суммарного тока постоянным приводит к постоянству крутизны преобразования даетика. Напряжеьше со стабильного конденсатора 18, пройдя через измерительньш усилитель

19,вьшрямляется синхронным демодулятором 20 и поступает на выход 21 и на отсчетное устройство 22, тарированное в величинах измеряемой деформации.

При изменении температуры и влажности окружающей среды емкости конденсаторов датчика 5 меняются, но суммарньш ток через них поддерживается постоянным. Следовательно, постоянна и крутизна преобразования датчика. При изменении напряжения источника питания суммарный ток через конденсаторы датчика также поддерживается постоянны

Конденсатор 6 и потенциометр предназначены для уравновешивания моста по реактивной составляющей.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации крутизны преобразования емкостного датчика, содержащее регулятор напряжения, подключенный к выходу-генератора гармонических колебаний, схему сравнения, серводвигатель, подключенный через редуктор к регулятору напряжения,и отсчетное устройство о т л ичаюцдееся тем, что, с целью утгрощения конструкдии и расширения области применения, оно содержит измерительньш мост, подключенньш к выходу регулятора напряжения, трансформаторы тока, усилители, один из которых соединен со схемой сравнения и с серводвигателем, демодуляторы, источник постоянного напряжения, подключенный к схеме сравнения, резисторы и конденсаторы, причем в два плеча измерительного моста включены резисторы, в два других плеча- ковденсаторы датчика и трансформаторы тока, в диагональ моста включен переменный резистор, соединенный с третьим конденсатором, на выходе измерительного моста включен четвертью конденсатор, соединенный со входом второго усилителя, выход которого через первый демодулятор подсоединен

к входу отсчетного устройства, вторичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно с пятым конденсатором, подключенным через третий зсилитель и второй демодулятор к схеме сравнения, входы обоих демодуляторов подключены к выходу генератора гармонических колебаний.