Емкостной трансформаторный мост для измерения перемещений Советский патент 1980 года по МПК G01B7/00 

1

Изобретер1ие относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений.

Известен емкостной трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжения с регулируемой и нерегулируемой вторичными обмотками, компаратор токов с дифференциальными, дополнительной и указательной обмотками, емкостной преобразователь перемещения с дифференциальными токовыми электродами и потенциальным электродом, образцовую меру емкости и указатель равновесия. Подключением токовых электродов преобразователя к дифференциальным обмоткам компаратора токов достигают равенства потенциалов на этих электродах, что позволяет обеспечить равномерность электрического поля в рабочем.объеме преобразователя и получить связанные с этим исключительно высокие линейность и точность преобразования механического перемещения в электрическую емкость, что, в конечном счете, обеспечивает высокую точ-ность измерения перемещения 1.

Эта потенциально высокая точность измерения ограничена наличием зависимости емкости преобразователя от вариации геометрических и электрических характеристик рабочего объема преобразователя (в частности ширины зазора между потенциальным и токовым электродами и диэлектрической

5 проницаемости среды между этими электродами).

Наиболее близким по технической сущ-, ности к предлагаемому является емкостной трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжения с регулируемой и нерегулируемой вторичными обмотками, первый компаратор токов с дифференциальными, дополнительной и указательной обмотками, второй компаратор токов с дифференциальными и вторичной обмотками, дифференциальный емкостной преобразователь с потенциальным электродом, подключенным к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения, и дифференциальными токовыми электродами, подключенными к дифференциальным

20 обмоткам первого компаратора токов, первую образцовую меру емкости, включенную между регулируемой обмоткой трансформатора напряжения и дополнительной обмоткой первого компаратора токов, указатель

равновесия, подключенный к указательтюй обмотке первого компаратора, последовательно соединенные уггравляемый делитель напряжения и вторую образцовую меру емкости, включенные параллельно первой образцовой мере емкости, фазочувствительный

выпрямитель, опорный вход которого 1ОДключен к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения, а выход - к угфавляющему входу управляемого делителя напряжения, третью образцовую меру емкости, подключенную к нерегулируемой обмот-, ке тра1 сформатора напряжения и к одной из дифференциальных обмоток второго компаратора токов, другая дифференциальная обмотка которого включена последовательно с дифференциальными обмотками первого компаратора токов {2.

При номинальных значениях геометрических и электрических характеристик рабочего объема преобразователя токов, протекающих по цепям токовых электродов преобразователя, равна току, протекающему через третью образцовую меру емкости. Разностный ток в выходной обмотке второго компаратора токов равен нулю, напряжение на выходе управляемого делителя напряжения отсутствует. Уравновешивание моста осуществляется путем регулирования тока, протекающего через первую образцовую меру емкости, при помощи изменения числа витков регулируемой обмотки трансформатора напряжения.

Г1ри отклонении геометрических и электрических характеристик рабочего объе.ма преобразователя от их номинальных значений равновесие во втором компараторе токов нару 11ается, что приводит к появлению тока в цепи второй образцовой меры емкости. Если коэффициенть 1 передачи звеньев . удовлетворяют определенном ус.товию, то, в принципе, в устройстве возможна компенсация погрешности измерения перемеп1е ния, обусловленная вариацией характе)истик рабочего объема преобразователя.

Недостаток устройства - ограниченная степень компенсации упомянутой погрешности из-за неизбежной на практике нестабильности коэффициентов передачи таких достаточно сложных узлов как интегратор, фазочувствительный выпрямитель, управляемый делитель напряжения.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что второй компаратор токов снабжен дополнительной обмоткой, а мост снабжен последовательно соединенными вторым управляемым дрлитеЛем напряжения, идентичным первому, и четвертой образцовой мерой емкости , которая подключена к дополнительной обмотке второго компаратора токов, усилителем, вход которого подключен ко вторич ной обмотке второго компаратора токов, а выход ко входу фазочувствительного вьь

прямителя, управляющий вход второго уп равляемого делителя напряжения подключен к выходу фазочувствительного выпрямителя а опорный вход второго управляемого делителя напряжения подключен к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения.

На чертеже 1гредставлена блок-схема устройства.

Оно содержит трансформатор 1 напряжения с регулируемой и нерегулируемой вторичными обмотками 2 и 3, первый компаратор 4 токов с дифференциальными, дополнительной и указательной обмотками 5, 6, 7, 8, второй компаратор 9 токов с дифференциальными, дополнительной и вторичной обмотками 10, 11, 12 и 13, дифференциальный емокстной преобразователь 14 с потенциальным электродом 15, подключенным к нерегулируемой обмотке 3 трансформатора напряжения 1, и дифференциальными токовы.ми электродами 16, 17, подключенйым к дифференциальным обмоткам 5, 6 первого ком паратора 4 токов, первую образцовую меру 18 емкости, включенную между регулируе мой обмоткой 2 трансформатора 1 напря жения и дополнительной обмоткой 7 nef) вого компаратора 4 токов, указатель 19 ран1101 есия, подключенный к указательной об мотке 8 этого компаратора, последоватс.1ь но соединенные управляемый делитель 20 напряжения и вторую образцовую меру 21 емкости, включенные параллельно первой образцовой мере 18 емкости, фазочувствител ный выпрямитель 22, опорный вход которо ГС) подключен к нерегулируемой обмотке 3 трансформатора 1 напряжения, упраЕ ляемый делитель 23 напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу фазочув ствите;п ного выпрямителя 22, третью и чет вертую образцовые меры 24 и 25 е.мкости. усилитель 26, входом подключенный ко вторичной обмотке 13 второго компаратора 9 токов, а выходом -- ко входу фазочувствительного выпрямителя 22.

Устройство работает следующим образом.

1-1апряжение с нерегулируемой обмотки 3 трансформатора 1 подается на потенциальный электрод 15 преобразователя 14 и вы зывает появление токов, протекающих по токовым электродам 16, 17 и дифференциальным обмоткам 5, 6 компаратора 4. Магнитный поток, создаваемый этими токами компенсируется противофазным магнитным потоком, создаваемым током, протекающим через первую 18 и вторую 21 образцовые меры 18 и 21 емкости и дополнительную обмотку 7 компаратора 4 токов. Компенсация погрешности измерения от вариации геометрических и электрических характеристик преобразователя осуществляется при помощи следящей системы, образованной усилителем 26, фазочувствительным выпрямителем 22, управляемым делителем 23 напряжеяия, ()6р;и11()ной мерой 25 емкости и ком11Я)иг() t KiKOH, ныполннюшим функцик лсмгит; ( jaiiHOHHH. Fi компараторе 9 токон ироилиолится сравнение ра.июсти суммарного тока дн1)(})ерси1п(альных члектролов 16, 17 iipef)f)pa3OBaie.i« и стабильного по величине тока, 11р(текак)Н1его через образцовую меру 24 емкости, с током, протекающим через образцонуи) меру 25 емкости. При достаточно большом коэффициенте передачи усилителя 26 алгебраическая сумма токов, протекающих по обмоткам 10, 11, 12 компаратора 9 токов, может 6ыт сведена к нулю с точностью до norpeiHHocTH статизма, что позволяет существенно уменьшить влияние нестабильности коэффициентов передачи элементов устройства па степень компенсаПИИ погрешности измерения, вызванной влиянием характеристик преобразователя. При этом п пил11ается точность измерения. Фо тмула изобретения Емкостной трансформаторный мост для измерения неремен1ений, содержап,ий трансформатор напряжения с регулируе.мой и нерегулируемой вто)ичными об.мотками, первый компаратор токов с дифференциальными дополнительной и указате.чьной обмотками; второй компаратор токов с дифференциальными и вторичн1)й обмотками, дифференциальной емкостной преобразователь с потенциальным электродом, подключенным к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения, и дифференциальными токовыми электродами, подключенными к дифференциальным обмоткам первого К1)мпаратора то ков, первую образцовую меру емкости, включенную между регулируемой обмоткой транс формат(,)ра напряжения и дополнительной обмоткой первого компаратора токов, указатель равновесия, подключенный к указательной обмотке первою компаратора, последовательно соединенные управляемый делитель напряжения и образцовую меру емкости, включенные параллельно первой образцовой мере емкости, фазочувстви тельный выпрямитель, опорный вход которого подключен к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения, третью образцовую меру емкости, подключенную к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения и к одной из дифференциальных обмоток второго компаратора токов, другая дифференциальная обмотка которого включена последовательно с дифференциальными обмотками первого компаратора токов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, .второй компаратор токов снабжен догюлнительной обмоткой, а мост снабжен последовательно соединенными вторым управляемым делителем напряжения, идентичным первому, и четвертой образцовой мерой емкости, которая подключена к дополнительной обмотке второго компаратора токов, усилителем, вход которого подключен ко вторичной обмотке второго компаратора токов, а выход - ко входу фазочувствительного выпрямителя, управляющий вход второго управляемого делите.чя напряжения подключен к выходу фазочувствительного выпрямителя, а опорный вход второго управляемого делителя напряжения подключеп к нерегулируемой обмотке трансформатг)ра напряжения. Источники информации, принятые во впимапие прп экспертизе 1.Авторское свидете.тьство СС(, № 625128, кл. G 01 В 7/00, 1977. 2.Авторское свидетельство СЛХР по заявке № 26ГЮ275/28, кл. О 01 7/(Ю, 1978 (прототип).