Емкостной датчик Советский патент 1980 года по МПК G01B7/00 G01B7/30 

Изобретение OTHpCiHTiCH к изморительной те нике ;и может,быть использовано дЛйизмерения динейнЫХ И УГЛОВЫХ иеремещений.

Известен емкостный даттак, содержащий и заземленный ротор 1.

Наиболее близким к изобрегению, техническим решением являётсд ёмкбстаый датчи1, содержащий заземленный ротор, потенциальный статор с пластинами,гёйё - ратор гармонических колебаний с /трансформатором питания на выходе вьгхьд - ную усилительно-детёктирующую цепь 2.

Эти дaтчFИ«и имеют недостаточно высо1кую точлость Преобразования, Так как ста: бильность П1реобр.азова, .существенно зависит ОТ физ-ико-адеханических « электри- чеоких свойств изолирующ их материалов й от .стабильност1и монтажных и вхбДнЫх емкостей предусили еля. /

Цель изобретения - пЬвыШенйё тбчноёТ;И преобразования путем обеспечения не,завис11мости крутизны преобразования емкостЕОго датчика х)т физ Йко-мехайи гескиХ и .электрических свойств изйлируЮ1Дих материалов и от стабильности ,монтажных и входных емкостей схемы. /.

Эта цель достигается тем, что ем Йост--.ный датчик снабжен трансформатором то- ка, в.,ньш IB р.аз1рыв вторичной обмрт-ки трансформатора П1Итан.ия, и цепью aiBfeмагической-рвгулировК|И усилений;, вход кОторой -соединен с выходом трансформатора тока, а г.енер. .гартвдниЧбйЙйгхГкШёбаний- выполнен управляемым по ампдитудё и соединен управляющим входоМ с це-пи автопиат йчёШой регул-йровжи усиления.

С целью йовьгшёнИя помехозагдищенности, емкостный датчик снабжен распредели-/

тель.ньш:йэлё1мёйтам И, включеннйми между

10 пластинамипотендаального статора- и трансформа ором питания, и экранами. Охватывающими расп ёДелйтёльныеэЛёмён ы и пластины потенциажнш-о статора, isioричйая обмотка трансформатора питания и соединительные провода выполнены кОакси15альньгми проводами,Ьплётжи..koTopbix сое дй еН1б1;ме:)ЙД} собой ;и с экранами, а среД-. няя точка оплетки коаксиальногб провода вторичной обмотк-и трансформатора пита20ния заземлена.

С целью повышения 1 01М:ёх ОуйТ()йчйв&сти и линейности преобразования между средней точкой первичной :Обмрт«и трансформа..тор а тока и землей /подключен конденсатор

параллельнй вторичной обмотке трансфор25матора тока подключён второй конденсатор, величины их реактивных сопротивлений выбраны та:ки М .м, что они соизмерь-, цмы/между собой и пренебрежимо 1малы в

36 сравнении с реактивным сопротиелением ;.S i-::- .;--Y- -- l,-.s . s - I, ,iE.i4„ „ . ,/«. -nj-x „ Ч ;: ,, . 1ь1 . ; I

.,.12

;

, . , , , - 7774Wir «teM- t- rs-, оотенциальнопэ статора относительноземли ,- - 1 i л- , ч На чертеже представлена фунКциональнаяСхема,ем.костного датчика i ,..,.. .. , исключения вллянияйонтажных ,., Емкостный датчик coiep jKHi Wteifarop 5емкостей в предлагаемомдШике все до га1рмднических колебаний, Который со-теннИальные эле| 1енты .схемы (вто.ричная ЛШи -- н чейных последовательно гене-обмотка трансформатора 5 писания, -поЛво.ратора.,2 ссайовЬзбуждениам, регулирун -дйщие провода, распределителкййеЭйёмгёт щ го элемента J и усилителя 4 гсУтности.-ты 6, 7, пластины 10, 11, 12, / 3потен:п)иалв-, К вЬ1х6ду усилителя 4 мощностидпо ключе-, ОH&fо стато; заключены (в зк1раны 8, 9, 14, на первичная обмотка трансформатора 515, 16, 17 и экранИрую1 1Ие оплетки вторичпитания, вторичйая обмотка которого через распределительные элвментьг 6, 7, nokeЩеНные в экраньт 5, 9, подключейа к плаt i ,iS-r J- J , I.LLJi - ril t iH 1.ЧУ lltlllk- IiXIl JL VJ L/Jl 1 11V ri стинам W, 11, 12,13 потенциаль ного стато- 15обмотки трансформатора 5 питания коа-кра.заключеннбш в экраны 14, 15, 16, 17 сиаЛьНьгм проводом, средняя точйа котороВторичная обмотка трансформатора 5 пита-, го заземлена (йодключена кобщей шине). ния и подключ енные этой обмоткойТак как магнитный пототс пересакает с рави ™ас инами JO, 11, 12, 13 йота циальтйгоной .интенсивностью и с равной скоростью статора соединительные npaBOjia BlbraojiiHe- 20как оплетку коаксиального П|ровода, так и ны коаксиальным проводом, эй ани ю -внутреннюю жилу, то на вторичной обмотща я эквипотенциальная оплетка Которого,. ке трансформатора питания и на оштетке Гоединена с экранами 8, 9, М, 15, 16, 17 и индуцируются равные ЭДС в связи с тем, эаземлена.3аземле-на также србдЯяГя точ кзiiTO проводимость оплетки коаксиального оплетки Кбаксиальногр ,йровода)вторичнрй 25провода и э,кранов очень велика обмотки трансфо рматЬра 5 питания сравнению с провоДи остью монтажных схины 10, 11, }2, 13 потенциального статЬраем коотей и золяци, l-o эVвип5тe1нциaльрасполож ень вокруг pQTOipa 18 В разрыв ность обеспечивается лучше, чем 10-, слевторичной обмотки трансфор-матора 5 пИта-довательно, в 10 раз уменьшается компния подключена также перви1чная обмо1| Э 30ле сНая проводимость между токонесущей трайсформатора 19 тока, вторичная обмот- жилой и aплefI oй Таким образом, практика к-оторого подйЛючена к конденсатору 20чески полностью иЬключается влияние м Ьнji к цепи 2/ автомати еской регулйгро киTalKfjbixемкостей на работу датчика усиления, состоящей гй йослеДбватёльнЪfoK, проте-как)1ий через каждое п нечо вКлюченгГЫх измерительного усйлителя 22 35изЧйрительйого .моста датчИ|Ка, прямо проперемен ого напряжения, детектора 23, уст-лорцианален величине емкости плеча. Разроиства 24 срайнения с подключенным к не-ность токов, прбтбкающях через Плечи мЪсму HCTOjjHKOM ,25. стабилизированного Нй-та, пропо1 циональна разнорти ех костей П1ряжеН1Ия-и усилителя-интегратора 26 по-нлеЧ, разность емкостей, в свою очередь, стоянного иапря1Жения, еьтхо которого под- 40пропорционалБ а углу прворота ротора 18. регулирующему элементу 3 гене-Разность токов измеряется путем вклюратора / гармонических колебаний. К ср д- чения конденсатора 27 в диагонали измериней точке первичной обмотки трансформа Ж1ГоГо мбста,; т. е. ксредней точке гГервичтора 19 тока подключены конденсатор 27ной оймоткй,трансформатора 19 тока, а и вьгходная усилителыйо-детектирующая 45следовательно, и к средне трансфорцепь 28, имеющая выход 29 -матора 5 питания, При этом eMKOcVb 1фн Работает емкостный денсатора 27 несоизмеримо велика (в десятобразом.. J -. Jки тысяч раз) по сравнению с емкоЬтью От генератора / гарм(эншчес шх колеба- , т. е. измерительный мост работает, ний-Т1а1 р€ж-й1Ге- п1Ьсту тает наЧр11нсформ а- 50i кр роткого замыкания. При повотор 5 питаиия Две половины вторичной об-ротеротора/ на некоторый угол от намотки трансформатора 5-« Ит-аЛйя емкости, гаежду ротором 18 и потарно соединенным1и лластинами /|9, /2 и „....„ „. .„„,.„.. ..„„,..„..„.. ..„..„„j. Л / (Потенциального статора состаГвляют 55емкость двух плеч не изменяется При .юзизмерительный. четЫ1рех плечий йобт. ото-действии влажности или течшературы на рьш в исходном -сдс-йШтй- 5 р МЙовв1шен; т.е.1сум.1йа емкостей фотором 18 и пла стгаами 10, 12 раина сумме ёмкостей ., , .....„ „ тиежду ротором 18 и пластинами 11, /5Ги 60пйече, а следовательно, изн енится и разнона конденсаторе 27, б.кЗгЮч.еМ|б1й- -Гди аго-стньш foK при фикоЬрованно значений угТгалъмос а, напряжение равно нулю. , ла поворота ротор а . Та1К1им образом , поповороте ротора 18 на некоторый угол OTJк зания eMtKocTHo-ro датчика буДут подверположения равновесия йа конденсаторе Гжены влиянЪюокружающей среды. Чтобы по ВлЯетгГНапряжениё; ггропордионаТьнор 65jlffSfetiHTb эти нежёлательные явления, сум.. -,. v H:r4uii. ... , . . .. g амИВнк..1 j)iia-niUjpp iiiti|i)rS углу поворота Это напряжение лроходит йьтходн юуоилительно-детектирующую цепь 28 и поступает на выхо; 29. : -, : ной обмогки трансформатора 5 литания и подводящих проводов Равные потенциалы получены с /помощью на1 1отки вторичной чаЛЬного полол ения емкость одного датчика уменьшается, другого - увеличивается lla равные величины, су М1Марна же эл0ме1н ы Дат читса ттлеч измерительного моста изменяются, следовательно, из,меннтся суммарный ток, протекающий в ма т6ков -п.леч моста ёмкастШгб 31Рг$ 1ка поддерживается, иостоярлной (стабилизируется) путем изменения напряжения, ,пйтания датчика. Постоянство суммы токов обеспечивается подключением конденсатора -2С,к вторичной обмотке суммирующего изме-.рительногр трансформатора 19 тока. Конденсатор 20, так же как и конденеатор 27, имеетемкость, несоизмеримо большую по .сравнению с емкостью датчика. На конде;«:, саторе 20 напряжеии.е пропор.ционально сумме токов, протекающих jiepe плечи моста датчика. ЭтонапрЯ1Жени CTynaeif на цепь 21 ацто 4ат1ичес1кой регулировК|И усиления. .Оно усиливается усилите.лем 22, детектируется детекторО(м 23 и поступ ает на устройство 24 сравнения. Вы-. прямлениое нaпpяlжekиe, прямо пропорций (Нальное:сумме токов Пле-ч йоста датчика , сравнивается с эталоиным напряжением стабили.зированяого источника .25. Разность напряжений с выхода устройств.а 2 ,ера биения через усилитель-интегратор 26 посту пает на регулирующий элемент 3 гене{)ато-. ра / гармонических колебаний. Т.аким о:бразОм, образован замкнутый контур, следящий, за . эталонным напряжением .стабили,.зированного источника 25, т. е. .выпрямлеНи6е:напряжен1Ие на выходе детектора 25 с пагрещнрстью - Ю поддерживается равным напряженив .стабилизированного исто1 иика 25, а следовательно, с той же точдаостью поддерЖ(Ивается пастоянство оушмы ,. TOKOiB и независимость -ее от внотней среды. Емкостный датчик со стабиляза-цией /суммы токов измерительного (МОста , с защитой информационных цепей эквйпотенд.иа льными экранами и с жороткозаМК-, иутым выходом более чем на десятичный порядок повыщаёт точность измерений. I., Формула изобретения. ,-..-,.-..-..--,.....,....-у.... .- .. . .... J IS 1. Емкостный датчик, содержащий заземленный ротор, потенциа.льный статор с -пласт1инами, генератор гарм-рйических колебаний с трансфор1маторО|М питания .на выf8д Ш1Щ {S ycйШтeльШ дeTёKTйщую цепь, о т ли ч а ю щи и с я тем, .что, с .цельк) повы.щёви:я: ТОч:нЪсти преобразования, он ГсНа бжен .тралсформатором VoKa, включен1НЫ(м вто.ричной обмотки транс- ,, форматора питания, и цепью автоматической регулировки усиления, ;вход которой соединен с выходом трансфор1матора тЬка, а тенератар гармонйчбских: колебаний выполнен управляемым по а1мплит.уде и соедйнен управляющим входом с -выходом цепи автоматической регулировки урилепия. 2. Датчик по п. 1, отличающийся -тем, что, с целью повышения помехрзащищениости, он снабжен распределительными элемента.ми, шлюченнрми между пластинами пЪтенциаль1 ого статора и трансформатором ,иэкраиами, ох ватываю1йими раопределйтёльийе/элемеитыипластщьт потвнц иального .статора, В горичная обмотка трансформатора питания и соединительные провода выполнены .коаксиальными проводами, О11лет.кн которых соединены между собой и с экранами, а средняя точка оплет и жоаксиальногрпровода вторичной обмотки трансф орматора питания заземлена. . 3. по п. 1, о т ли ч а ю щ ий с я тем , что, с цельюповышения пймехоустойчивости и линейности преобразования, между средней ТОЧ.КОЙ .первичной обмотки трансформатора тока и землей подключен .конденсатор, пар-аллельно втор ичной обмотке трансформатора тока подключен второй конденсатор, вели:чиньг . их-реактивных сопротивл нийвыбраны таким образом, что они соиз.мё;рима между со:бой и пренебрежимо малы в сравнении С реактиёным сопротивлением: потещнального статора относительно земли. . . .-..- , - - .-. .. V . , Источники инфорйации, прицятыь во внимание пр.и экспертизе: -- : 1. Адюкоэский В. А. Бмкос1;ные дифференциальные датчики перемещения. М., 1960, с. 25-90. . . 2. Авторское свидетельство СССР № 469881, кл. G ОГВ 7/30, 1976 (прототип).

т

- «мм

i;,S.... /J.i -f f --fe ebfe 5S№i f

r... .

-Л rfbfy. «

ч A .-

X

.,„... -,-:/