Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений Советский патент 1982 года по МПК G01B7/00 

(54) ЕМКОСТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относитсй к измеритель ной технике и может бь1ть использовано для измерения перемещений. Известны емкостные трансфЬрматор ные мосты для измерения перемещений, содержащие трансформатор напряжения с регулируемой и нерегулируемой вторич ными Обмотками, компаратор токов, ек костный преобразователь перемещения, образцовую меру емкости и указатель равновесия . Недостатком данных устройств является недостаточно высокая точность измерения. Наиболее близким по технической cyu ности к изобретению является емкост ный трансформаторный мост для изм&рения перемещений, содержащий траног. форматор напряжения с регулируемой и нере лируемой вторичными обмотками, первыйко паратор токов с дифференциальными, дополн тельной и указательной обмоткакет; второй компаратор токов с дифференциальными .вторичной обмотками, дифференциальны |емкостный преобразователь с потенциальным электродом и. дифференциальными токовыми электродами, подключенными к дифференциальным обмоткам первого коь паратора токов, первую образцовую меру емкости, включенную между регулируемой обмоткой трансформатора напряжения и дополнительной обмоткой первого компа- , ратора токов, указатель равновесия, подключенный к обмотке этого компаратора, усилитель, вход которого подключен к вторичной обмотке второго компаратора токов, вторую образцовую меру емкости, подключенную к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения и к одной из дифференциальных обмоток второго компаратора токов, другая дифференциаль ная обмотка которого включена последовательно с дифференциальными обмотками первого компаратора токов. Кроме того, ыост содержит последовательно соединенные управляемый делитель наг. пряжения и третью образцовую меру емкости, включенные параллельно первой образцовой мере емкости, фазочувствительный выпрямитель, выход которого подключен к управляющему входу управляеМого делителя напряжения, а вход этого выпрямителя и потенциальный элек трод преобразователя перемещений подключены к нерегулируемой обмотке транс форматора напряжения. Мост содержит последовательно соединенные второй управляемый делитель напряжения, иден- тичный первому, и четвертую образцовую меру емкости, которая подключена к дополнительной обмотке второго компара тора токов, а выход усилителя подключен ко входу фазочувствительного выпрями- теля, управляющий вход второго управляемого делителя напряжения подключен к выходу фазочувствительного выпрямителя опорный вход этого делителя напряжения подключен к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения 13 . Недостатком известного устройства является его сложность. Цель изобретения - упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, .что выход усилителя включен между потенциальным выводом нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора напряжения и потенциальным электродом преобразователя перемещения. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит трансформатор 1 напряжения с регулируемой 2 и нере yлиpyeм6й 3 вторичными обмотками, первый компаратор 4 токов с дифференциальными 5 и. 6, дополнительной 7 и указательной 8 обмотками, второй ком паратор 9 токов с дифференциальными 10 и 11 и вторичной 12 обмотками, дифференциальный емкостный преобразователь 13 с потенциальным электродом 14 и дифференциальными токовыми электродами 15 и 16, подключенными к дифференциальным обмоткам 5 и 6 перво го компаратора 4 токов, первую образцовую меру 17 емкости, включенную между регулируемой обмоткой 2 трансформатора 1 напряжения и дополнительно обмоткой 7 первого компаратора 4 токов указатель 18 равновесия, подключенный j указательной обмотке 8 этого компара .тора, усилитель 19, вход которого подключен к вторичной обмотке 12 компара тора 9 токов, причем дифференциальные обмотки первого компаратора 4 токов подключены к первой дифференциальной обмотке 10 второго -компаратора .9 токо вторая дифференциальная обмотка 11 которого через вторую образцовую меру; 20 ёмкости подключена к нерегулируемой обмотке 3 трансформатора 1 напряжения, а выход уситштеля 19 включен между потенциальным выводом нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора напряжения и потенциальным электродом преобразователя перемещения. В предлагаемом устройстве имеется петля обратной связи. Однако здесь она охватывает преобразователь 13 перемещений, усилитель 19 компаратор 9 токов. Подобная структура устройства позволяет поддерживать постоянным по амплитуде и фазе суммарный ток D дифференциальных электродов 15 и 16 преобразователя 13 перемещений независимо от вариации его геометрических и электрических характеристик. Функционирование усилителя 19 описывается формулой , где О соответственно выходное напряжение, коэффициент передачи и входной ток усилителя. Равенство м.дс обмоток компар атора 9 токов имеет вид ТОК, протекающий в цепи, обрдеразцовой меры 2 О емкости; л - количество витков обмоток 11, 12, 10 соответственно. Суммарный ток Ь равен 3j(, (3) где и - напряжение, действующее на нерегулируемой обмотке 3 трансформатора напряжения; Уу, - эквивалентная емкостная проводимость между потенциальным и токовыми электродами преобразователя, равная .И) -рабочая частота; г-Д -номинальное значение эквивалентной емкости между потенциальными и токовыми электродами преобразователя; аС - отклонение этой емкости от номинального значения, вызванное нестабильностью геометрических и электрических характеристик преобразователя. Из уравнений (3) и (4) можно определить суммарный ток дифференциальных электродов преобразователя I VpK tinXnK где проводимость образцовой меры 2О е лкости. При достаточно большом кокоэффициенте передачи усилителя справед ливы следующие приближенные равенства РГ ./ I /г Т.е. ток DV проходящий через преобразователь, практически не зависит от его характеристик, а определяется напряжением пи-уания моста и величиной образцовой меры 20 емкости. Устройство работает следующим образом. Измеряемое перемещение линейно преобразуется в дифференциальном емкостном преобразователе 13 в электрические токи, поступающие на дифференциальные обмотки 5 и 6 компаратора 4 токов. Под действием этих токов в указательной обмотке 8 компаратора 4 возникает ток, неравновесия, обуславливающий переключение числа витков обмотки 2 трансформатора 1 напряжения посредством указателя 10 равновесия. Регулирование числа витков производится до уравновеши вания ампервитков обмоток 5, 6 и 7 компаратора 4 токов. В момент равновесия, фиксируемого указателем 18 равновесия, число витков обмотки 2 nponoj ционально измеряемому перемещению. Суммарный ток преобразователя 13 через обмотки 5 и 6 подается на первую дифференциальную обмотку 10 KOMnapjaTopa 9токов, по второй дифференциальной обмотке 11 которого протекает стабильный опорный ток. Величина этого тока выбирается на условия равенства ампервитков 10и 11 при номинальном значении суммарного тока преобразователя. Отклонение реальных параметров преобразователя от их номинальных значений вызывает соответствующее изменение суммарного тока преобразователя и нарущение равенства ампервитков обмоток; 10 и 11. Образовавшийся разностный ток подается на вход усилителя 19 и вызывает появляение на его выходе переменного напряжения, алгебраически суммирующегося с напряжением на обмотке 3 трансформатора. 1 напряжения. В результате сук марное напряжение (подаваемое на потенциальный электрод 14 преобразователя 13 изменяется, причем относительное изменение суммарного тока преобразователя сказьшает ся значительно меньше относительного иэменения параметров преобразователя. Конструкция преобразователя обеспечивает постоянство отношетия токов дифференциальных электродов при любом измеряемом перемещении и произвольных значениях параметров преобразователя. Это свойство преобразователя при выполнении равенства (6)- означает, что токи 5 и i) 2 также не зависят от вариации параметров преобразователя. Следовательно, в предложенном устройстве обеспечивается компенсация погрешности преобразователя. При этом соответствук щим выбором коэффициента передачи усилителя погрешность измерения может . быть сведена до величины, по крайней мере, не превышающей погрешность известного моста. Вместе с тем в данном приборе по сравнению с известным мостом исключены такие достаточно сложные узлы, как управляемые делители напряжения, фазочувствительный выпрямитель, вдвое сокрашено число образце - вйх мер емкости, что существенно упрощает устройство. Формула изобрете-ния Емкостный 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 тотокоБ с дифференциальными и вторичной обмотками, дифференциальный емкостный преобразователь с потенциальным электродом и дифференциальными токовыми электродами, подключенными к дифференциальным обмоткам первого компаратора токов, первую образцовую меру емкости, включенную между регулируемой обмоткой трансформатора напряжения и дополнительной обмоткой первого компаратора токов, указатель равновесия, подключенный к обмотке этого компаратора, усилитель, вход которого подключен к вторичной

обмотке второгчэ компаратора токов, вторую образцовую меру емкости, подключен ную к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения и к одной из дифф&ренциальных обмоток второго компаратоpa токов, другая дифференциальная которого включена последовательно с дифференциальными обмотками первого компаратора токов, отличающий - с я тем, что, с целью уттрощения, выход усилителя включен между потенциальным выходом нерегулируемой вторичной обмотлf

ки трансформатора напряжения и потенциальным электрюдом преобраэователя перемещения.

Источники информации, принятые во внимавве при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № 765643, кл. G bl В 7/ОО, 1978 (прототип). ff . rWTi-JE f