Емкостной трансформаторный мост для измерения перемещений Советский патент 1978 года по МПК G01B7/06 G01B7/30 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испол эовано для измерения линейных и углвых перемещений, расстояний, углов,

Известны устройства дня измерения перемещений, соде- жащие емкостной преобразователь l|.

Недостаток известных устройств заключается в низкой точности и узко диапазоне измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является емкостной трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжения, усилитель сигнала неравновесия и дифференциалный емкостной преобразователь с переменной площадью пластин, две из которых являются дифференциальными, а третья - общей 2.

Недостаток известного емкостного трансформаторного моста заключается в низкой точности измерения, обуслоленной неравномерностью электрического поля в зазоре между пластинами дифференциального преобразователя. Последнее вызвано тем, что все три пластины дифференциального преобразователя в известном устройстве находятся под разными потенциалами.

Для улучшения линейности и повышения точности измерения, перемещений емкостной трансформаторный мост для измерения перемещений снабжен дифференциальным трансформатором (компаратором) тока, две встречные обмотки которого включены между соответствующими дифференциальными пластинами емкостного преобразователя и одним из кондов вторичной обмотки трансформатора напряжения (общей точкой), другой конец вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен с общей пластиной преобразователя, а усилитель сигнала неравновесия соединен с указательной обмоткой дифференциального трансформатора тока.

кроме того, емкостной трансформаторный мост снабжен образцовой мерой емкости, а дифференциальный трансформатор тока снабжен дополнительной нерегулируемой обмоткой, один конец образцовой меры емкости соединен с общей точкой через дополнительную обмотку дифференциального трансформато)а, а второй - через .регулнруемую вторичну обмотку трансформатора напряжения. 3 На чертеже дана принципиальная .схема емкостного трансформаторного моста для измерения перемещений. Мост содержит трансформатор 1 напряжения с нерегулируемой 2 и регулируемой 3 вторичными обмотками, дифференциальный емкостной преобразователь 4 с общей 5 и дифферекциальными б и 7 пластинами, подключенный общей пластиной 5 к одному концу нерегулируемой обмотки 2 тран форматора 1 напряжения дифференциальный трансформатор 8 тока с обмотками 9-12, подключенный своими встречно включенными обмотками межд соответствующими дифференциальными пластинами 6 и 7 преобразователя и вторым концом обмотки 2 трансформат ра I напряжения (общей точкой), образцовую меру 13 емкости, подключенную своими двумя выводами к общей точке через обмотку 3 трансформатора напряжения, и обмотку 11 диф ференциального трансформатора 8 тока , а также усилитель 14 сигнала неравновесия, ко входу которого подключена указательная обмотка 12. Устройство работает следующим образом. Если общая пластина 5 находится строго в среднем положении, емкости с общей пластины 5 на каждую из дифференциальных пластин би -7 равн Так как эти емкости находятся под равными потенциалами,равны и токи, протекающие через эти емкости. Протекая по обмоткам 9 и 10 дифференциального трансформатора 8 тока, эти токи создают два равных и проти вофазных магнитных потока. В резуль тате сигнал, наводимый в указательную обмотку 12, равен нулю и мост уравновешен при условии, что ток, протекающий через образцовую меру 13 емкости, равен нулю, т.е. число витков регулируемой, обмотки 3 транс форматора 1 напряжения равно нулю . При.смещении общей пластины 5 преобразователя 4 относительно сред ней линии между дифференциальными пластинами 6 и 7 возникает неравенс во дифференциальных емкостей, а сле довательно токов и магнитных потоко дифференциальных обмоток трансформа тора 8 тока. Дифференциальный магни ный поток в сердечнике при этомпро порционален измеряемому перемещению Этот магнитный поток уравновешивает при помощи магнитного потока, возни кагацего при протекании тока образцо вой меры 13 емкости через дополнительную обмотку 11 дифференциальног трансформатора 8 тока. Измеряемое перемещение отсчитывается по равновесному значению числа витков регулируемой обмотки 3 трансформатора 1 напряжения. В точке равновесия моста магнитн поток в сердечнике дифференциальног трансформатора 8 тока и напряжение на всех его обмотках равно нулю. Поэтому дифференциальные пластины 6 и 7 преобразователя находятся под нулевым потенциалом, а общая - под потенциалом вторичной обмотки 2 трансформатора 1 напряжения. Последнее обстоятельство позволяет обеспечить в высокой степени однородное поле в зазоре преобразователя, и, тем самым, существенно повысить линейность и точность измерения перемещения . Экспериментальная проверка предложенного устройства для случая измерения угловых перемещений показала, что погрешность измерения перемещений может быть снижена до величины, меньшей десяти угловых секунд. Формула изобретения 1. Емкостной трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжения, усилитель сигнала неравновесия, дифференциальный емкостной преобразователь с переменной активной площадью пластин, ,две .из которых являются дифференциальными; третья - общей, о-т л ич а ю. щ и и с я тем, что, с целью улучшения линейности и повышения точности измерения, он снабжен дифференциальным трансформатором (компаратором) тока, две встречные обмотки которого включены между соответствующими дифференциальными пластинами емкостного преобразователя и одним концом вторичной обмотки Трансформатора напряжения (общей точкой), другой конец вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен с общей пластиной преобразователя, а усилитель Ьигнала неравновесия соединен с указательной обмоткой дифференциального трансформатора тока. 2. Емкостной .трансформаторный мост для измерения перемещений по п.1, отличающийс я тем, что он снабжен образцовой мерой емкости, дифференциальный трансформатор тока снабжен дополнительной нерегулируемой обмоткой , трансформатор напряжения снабжён регулируемой вторичной обмоткой, один конец образцовой меры емкости соединен с общей точкой через дополнительную обмотку дифференциального трансформатора тока, а второй-через регулируемую обмотку трансформатора напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Ацюковский В.А. Емкостные преобразователи перемещения . М.-Л. Энергия , 1966. a.P.C.P.KoEfendaBe.CapoicUive diap acemetil trcKKsdusef-s «/Uw higk accuracy and resoEotioit.JourHoiE of Scierfliiic 0«elrumertls.(Jour4taE of Physics E)1960. Seeiee2,VoBume 1.