Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений Советский патент 1979 года по МПК G01B7/00 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению линейных или угловых перемеш,ений при помош,и дифференциальных емкостных датчиков.

Известны устройства для измерения перемещений при помощи дифференциальных ёмкостных преобразователей .

Недостаток известных устройств заключается в значительной погрещности измерения, возникающей за счет краевых эффектов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжения с вторичной обмоткой, основной компаратор токов с двумя дифференциальными обмотками и последовательно включенными обмоткой смещения и регулируемой обмоткой, коммутатор и дифференциальный емкостный преобразователь с потенциальным электродом, подключенным к основной вторичной обмотке трансформатора напряжения, секционированным токовым электродом, подключенным через коммутатор к компаратору токов, и подвижным экранирующим электродом, помещенным между потенциальным и токовым

электродами, а также блоки уравновещивания и управления 2.

Недостаток известного трансформаторного моста для измерения перемещений заключается в низком быстродействии, обусловленном ручным выбором рабочих секций токового электрода дифференциального емкостного преобразователя. Целью изобретения является повышение

быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что блок управления выполнен в виде дополнительного компаратора токов с тремя обмотками, порогового устройства и образцовой

меры, а трансформатор напряжения снабл ен дополнительной обмоткой, первая обмотка дополнительного компаратора включена последовательно с регулируемой обмоткой основного компаратора, вторая обмотка дополнительного компаратора через образцовую меру подключена к дополнительной обмотке трансформатора напряжения, а третья обмотка дополнительного компаратора подключена к входу порогового устройства, управляющего коммутатором.

На чертеже изображена электрическая принципиальная схема емкостного трансформаторного моста для измерения перемещений.

Мост содержит трансформатор I напряжения с основной 2 и дополнительной 3 вторичными обмотками, дифференциальный емкостный преобразователь 4, содержаищй потенциальный электрод 5, подвижный экранирующий электрод 6 с окнами 7 и 8 и секционированный токовый электрод 9 с секциями 10, 11, 12, 13 14, коммутатор 15, основной компаратор 16 токов с дифференциальными обмотками 17, 18, обмоткой 19 смещения, регулируемой обмоткой 20 и указательной обмоткой 21. Указательная обмотка 21 подключена к входу блока 22 уравновешивания, управляющего числом витков регулируемой обмотки 20. Для автоматического выбора рабочих секций токового электрода мост снабжен дополнительным компаратором 23 токов с тремя обмотками 24, 25 и 26, пороговым устройством 27 и образцовой мерой 28.

Мост работает следующим образом.

На потенциальный электрод 5 дифференциального емкостного преобразователя 4 подается напряжение с вторичной обмотки 2 трансформатора 1 напряжения. В исходном состоянии (при нулевом измеряемом перемещении) электроды преобразователя находятся в положении, показанном на чертеже. При этом к компаратору 16 токов при помощи коммутатора 15 подключены секции 10 и 11 токового электрода 9, неэкранированные соответственно на зд и /4Токи, протекающие через емкости между секциями 10 и И токового электрода 9 и потенциальным электродом 5, проходят по дифференциальным обмоткам 17 и 18 и последовательно включенным обмотке 19 смещения и регулируемой обмотке 20 компаратора 16 токов. Числа витков обмоток 17, 18, 19 и полярность их включения выбраны таким образом, что в исходном положении магнитный поток в компараторе 16 токов равен нулю и мост уравновешен при нулевом числе витков регулируемой обмотки 20. При смещении экранирующего электрода 6 изменяются дифференциальные емкости секций 10 и 11, и в компараторе 16 токов возникает магнитный поток, который компенсируется изменением числа витков регулируемой обмотки 20. Когда неэкранированные площади секций 10 и И становятся обратными исходным, число витков регулируемой обмотки достигает максимума. При дальнейшем перемещении подвижного электрода к компаратору 16 токов при помощи коммутатора 15 подключаются последовательно пары секций 13-14, И- 12, 14-10, 12-13. Величина измеряемого перемещения однозначно определяется числом витков регулируемой обмотки 20 и состоянием коммутатора 15. В общем случае ч исходном положении коммутатор 15 может находиться в любом из своих пяти состояний. Для того, чтобы стало возможным измерение перемещения, коммутатор 15

должен быть включен в состояние, когда к компаратору 16 токов окажутся подключены смежные секции токового электрода 9, находящиеся в данный момент под окном 7 или 8 подвижного экранирующего электрода 6. При ручном выполнении этой операции быстродействие процесса измерения невелико. Для обеспечения автоматизации процесса выбора рабочих секций в трансформаторный мост введен дополнительный компаратор 23 токов, пороговое устройство 27, управляющее коммутатором 15, и образцовая мера 28. При помощи компаратора 23 токов сравнивается сумма токов, протекающих через две смежные секции токового электрода 9 с током, протекающим через образцовую меру 28. Числа ампервитков обмоток 24 и 25 выбираются таким образом, чтобы магнитный поток в компараторе 23 токов был равен нулю тогда, когда к компаратору 16 токов подключена смелсная пара секций токового электрода, находящаяся под окном 7 или 8 подвижного электрода 6. При этом, если к компаратору 16 токов подключена какая-либо другая пара смежных секций токового электрода 9, то ее суммарный ток будет меньше, так как она будет,частично экранирована подвижным электродом 6, через обмотку 26 компаратора 23 токов будет протекать ток, под действием которого срабатывает пороговое устройство 27 и изменяет состояние коммутатора 15 до тех пор, пока магнитный поток в дополнительном компараторе 23 токов не станет равным нулю, что будет свидетельствовать о правильном выборе рабочих секций токового электрода 9.

Формула изобретения

Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжения с вторичной обмоткой, основной компаратор токов с

двумя дифференциальными обмотками и последовательно включенными обмоткой смещения и регулируемой обмоткой, коммутатор и дифференциальный емкостный преобразователь с потенциальным электродом, подключенным к основной вторичной обмотке трансформатора напряжения, секционированным токовым электродом, подключенным через коммутатор к компаратору токов, и подвижным экрапирующим

электродом, помещенным между потенциальным и токовым электродами, а также блоки уравновешивания и управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, блок управления выполнен в виде дополнительного комнаратора токов с тремя обмотками, порогового устройства и образцовой меры, а трансформатор напряжения снабжен дополнительной обмоткой, первая обмотка дополнительного компаратора включена последовательно с регулируемой обмоткой основного компаратора, вторая обмотка дополнительного компаратора через образцовую меру подключена к дополнительной обмотке трансформатора напряжения, а третья обмотка дополнительного компаратора подключена к входу порогового устройства, управляющего коммутатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ацюковский В. А. Емкостные преобразователи перемещений, М-Л., «Энергия, 1966, с. 41-58.

2.Заявка № 2339174, кл. G OIB 7/00, 1976, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

/