Емкостной трансформаторный мост для измерения перемещений Советский патент 1981 года по МПК G01B7/00 

1Изобретение относится к электроизмерителыюй технике,а именно к измерению линейных или угловых перемещений при помощи дифференциальных емкостньпс датчиков.

Известны устройства для измерения перемещений при помощи дифференциальных емкостных преобразователей 11,

Недостаток известных устройств заключается в том, что они обладают з-начительной погрешностью измерений, обусловленной влиянием краевых эффектов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ем- кастный трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжений, компаратор токов с регулируемой и двумя дифференциальными обмотками, блок уравновешивания, дифференциальный емкостньй преобразователь с переменной активной площадью пластин, с по.тёнЦиальным электродом, подключенным к вторичной рбмоТке трансформатора напряжений, токовым электродом, разделенным на механически жестко скрепленные между собой секции, и подвижным экра шрующим электродом с окнами, расположенным между токовым .и потенциальным электродами р}.

Недостаток известного трансформаторного моста для измерений переме10щений заключается в значительной погрешности измерения, обусловленной краевых эффектов при измерении перемещения на краях секций токового электрода.

15

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения, вызванной:влиянием краевых эффектов в дифференциальном емкостном преобразователе.

20

Поставленная цель достигается тем., что в емкостном трансформаторном мосте дпя измерения .перемещений количество секций токового электрода 3 выбрано равным или больше пяти, npflt вщный экранирующий электрод выпол нен с количеством окон равным или больше двух, компаратор токов выполнен с обмоткой смещения, включенной последовательно с регулируемой обмоткой, а мост снабжен коммутатором, включенным между токовым электр дом и компаратором токов. Размеры секций токового электрода целесообразно выбирать из условия:, рде &.К - максимальное перемещение, измеряемое без переключения секций токового электрода; , - размер зоны краевого эффекта; й - размер межокошгого пр межутка экранируюц;его ;электрода; k - число секций токового электрода, размеры окон экранирующего электрода выбраны из соотношения: (й.е секс кр где U.PO ширина окна экранирующего электрода. Коммутатор выполнен в виде групп из трех ключей, число к торых равно числу секций токового электрода, все ключи группы одним выводом подключены к соответствующе секции токового электрода, один из ключей группы вторым выводом подключен к общей точке, а два других к обмоткам компаратора токов. На чертеже изображена принципи альная схема емкостного трансформаторного моста для измерения перемещений. Устройство измерения перемещений .содержит трансформатор 1 напряжения дафферешщальный емкостной преобразователь 2 с переменной активной пл щадью пластин, состоящий из потенциального электрода 3, экранирующег додвижногоу электрода 4 с двумя окна ми 5 и 6 и токового электрода 7, разделенного на секции 8 - 12, комм татор 13, компаратор 14 токов с дифференциально.включенными обмотка 15 и 16, обмоткой 17 смещений, регу лируемой 18 и указательной 19 обмот ками и блОк 20 уравновешивания. По.тенциальный электрод 3 преобразоват 4 ля 2 подключен к вторичной обмотке трансформатора 1 напряжения. Проводящая поверхность экранирующего электрода 4 заземлена, а секции 8-12 токового электрода 7 при помощи коммутатора 13 подключаются к дифференциальным обмоткам 15 и 16 компаратора 14. Секции токового электрода 7, не подключенные в данный момент к обмоткам компаратора 14 токов,подключаются, к общей точке контактами коммутатора 13. Обмотка 17 служит для смещения нуля прибора, а обмотка 18 - для его уравновешивания при помощи блока 20 уравновешивания. В исходном состоянии, когда измеряемое перемещение равно нулю,ок5 экранирующего электрода находится над секциями 8 и 9- токового электрода 7, а окно 6 находится .над секциями 10 и 11 токового электрода 7. При этом к ди44бре11циальньтм обмоткам 15 и 16 ирй яэмощи комг утатора 13 под1шюч ены секции Он 9. Секция 8 в Э.ТОМ положении открыта на 3/4,, а секщня 9 на 1/4 площади. Поэтому токи, -протекающие по дифференциальным обмот-кам 15 и 16 компаратора 14 токов, соотносятся как 3:1. Суммарный ток секдай пр-оходнт по обмотке 17 смещения.ЧйгСло витков этой обмотки выбрано таким образом, что в исходном положении су гмаряый марйнтнмй поТОК, создаваемый дифференциальямш обмотками-15 и. 16 и обмоткой 17 смещения равен нулю. Поэтому мостовая ; измерител-ьная цепь уравновешена при нулевом значении числа витков регулируемой обмотки. 18. При перемещении подвижного экранирующего электрода 4 ( на чертеже вверх ) уменьшается неэкракированная площадь секции 8 и увеличивается - секции 9. В компараторе 14 токов при этом возникает магнитный поток, который компенсируется увеличением числа витков регулируемой обмотки 18. Когда экранирующий электрод сместится так,что секция .8 будет открыта на1/4, а секция 9 на 3/4, Ст.е. на половину пшрины секции) , регулируемая обмотка 18 будет иметь максимальное число витков. При дальнейшем смещении вверх подвижного Электрода 4 при помощи коммутатора 13 к компаратору токов подключаются.секции 11 и 12 токового электрода, которые вместе с окном . 6 образуют дифференциальный конденсатор. На этой паре секций также .производится измерение перемещения, равного половине ширины секции, при этом число витков регулируемой обмотки 18 изменяется от нуля до максимума. В последующем при перемещеНИИ подвижного электрода 4 к компар тору 14 токов при помощи коммутатора 13 подключаются последовательно пары секций 9-10; 12-8 и 10-М. На каждой паре секций измеряется переме щение, равное половине ширины секции, а суммарное измеряемое nepeiv щенне определяется по состоянию коммутатора 13 и числу витков регулируемой обмотки 18. В описанном устройстве краевой эффект практически не влияет на точность измерения. Это обусловлено тем что край окна подвижного электрода, участвующего в данный момент в процессе HSMepeiraH,. никогда не подходит к краю секции токового лектрода блш же, чем на 1/4 ширины секции. -Если .на таком расстоянии от края секции конфигурация поля еще не искажена, то краевой эффект не будет влиять на точность измерения. В общем случае расстояние, йа ко торое не должен доходить край окна до края секции в. процессе йзмераыня определяется шириной зоны влияния краевого эффекта и может быть различным. Это .накладывает ограничения на размеры различных элементов преоб разователя , которые должны выбиратьс из следующих соотношений: -к&её 2 NvoKc- .е / fi.e о с й.е „. -v 2л е к) гдедВд, - максимальное перемещени . измеряемое без переключения секций токового электрода; размер зоны краевого эф фекта; - размер межаконного пром жутка; . . - число секций токового электрода; ширина окна экранкрующ е го электрода, , , Формула изобретения 1. Емкостной трансформаторный м.ост для измерения первмещений,содержащий трансформатор напряжений, компаратор токов с регулируемой и двумя Дифференциальными обмотками, блок уравновешивания , дифференциальный емкостный преобразователь с переменной активной плс дадью штастин, с потенциальным электродом, подключенным ко вторичной обмотке траьсформатора напряженней, токовым электродом, разделенным на механически жестко скреплепные между собой секции, и подвижным 3KpaHHpvio4HM электродом с окнами, расположенными между токовым и потенциальным электродами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения jp количество секций токового электрода, выбрано равным илибольше пяти, подвижный экранирующий электрод выполнен с количеством окон равным или болыпе двух, компаратор токов выполнен с обмоткой смещения, включенной поеледовательно с регулируемой обмоткой, а мост снабжен коммутатором, включенным между токовым электродом и ког-гааратором токов. 2.Мост по п.1, о т л и ч.а ю щ и йс я тем, что размеры секции токового электрода выбираются из условия: |лёс MctKa V Mmгде , максимальное перемещение , измеряемое без переключения секции токового электрода; размер зо1ш краевого эффекта; размер межоконного промежутка экранирукнцегэ электрода; l - число секций токового электрода. 3. Мост йо пп. и 2, о т л и ч аЖ и и с я тем, что размеры окон кр.ага1рующего электрода выбраны из оотношения: ; (йе 2декрХ е MO - ширина окна экранирующего электрода. 4, Шост по ЦП,1-3, о т я и ч а юни с я тем, коммутатор выполн и виде групп из;трех ключей, число торых равно числу ТОКОВОГО электро,.,нее ключи гр.уппы одним выводом дключены к соответствующей секции кового электрода, один из ключей

78619258

вторым выводом подключен к I. Ацюковский В.А. Емкостные преобщей точке, а два других - к обмот- обраэователи перемещений, М-Л., Энеркам компаратора токов.гия, 1966, е. 10-41.

Источники информации, s ° заявке № 2198036/28, 09.12.75 принятые во внимание при экпсертнзё (прототип).

2. Авторское свидетельство СССР

Г

Ж:.. - :-;М.. ;

L

k,r ж

WT TtY Т

ГЧ

-h-ч

3