Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений

Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерений линейных и угловых перемещений, позволяя повысить чувствительность емкостного трансформаторного моста для измерения перемещений. Мост содержит генератор , коммутатор и емкостный дифференциальный датчик с секционированными потенциальным и токовым электродами . Два ряда секций токового электрода , имеющих равную длину, смещены один относительно другого вдоль направления измеряемого перемещения на половину длины одной секции. Секции соединены через одну, образуя по две группы в каждом ряду, и подключены к входам коммутатора. Потенциальный электрод емкостного датчика выполнен с двумя рядами секций, равных по длине секциям токового электрода и объединенных через одну в две группы, каждая из которых подключена к одной из встречно соединенных вторичных обмоток трансформатора напряжения, включенного между потенциальным электродом датчика и генератором. При относительном смещениии двух групп секций потенциального электрода относительно четырех групп секций токового электрода происходит разбаланс емкостного трансформаторного моста, что детектируется с помощью компаратора токов трансформаторного типа, подключенного через коммутатор к группам секций токового электрода и имеющего выходную обмотку с регулируемым числом витков, подвижный токоотвод от которой подключен к вы-J ходу детектора равновесия. По сигналу детектора равновесия обеспечивается уравновешивание моста путем изменения числа витков регулируемой обмотки компаратора токов, число которых и положение коммутатора однозначно определяют величину перемещения . Абсолютная чувствительность емкостного моста удваивается благодаря более эффективному использованию площади потенциального электрода, выполненного секционированным. 1 ил. I (Л ьс СП со

„„SU„1259100 А 1

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 С О! В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ не секциям токового электрода и объединенных через одну в две группы, каждая из которых подключена к одной из встречно соединенных вторичных обмоток трансформатора напряжения, включенного между потенциальным электродом датчика и генератором, При относительном смещениии двух групп секций потенциального электрода относительно четырех групп секций токового электрода происходит разбаланс емкостного трансформаторного моста, что детектируется с помощью компаратора токов трансформаторного типа, подключенного через коммутатор к группам секций токового электрода и имеющего выходную обмотку с регу- лируемым числом витков, подвижный токоотвод от которои подключен к вы-, ходу детектора равновесия ° По сигналу детектора равновесия обеспечивается уравновешивание моста путем изменения числа витков регулируемой обмотки компаратора токов, число которых и положение коммутатора однозначно определяют величину перемещения, Абсолютная чувствительность емкостного моста удваивается благодаря более эффективному использованию площади потенциального электрода, выпол- ненного секционированным. ил., (21) 3883286/25-28 (22) 15.04.85 (46) 23.09.86..Бюл. Р 35 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) Ф. Б. Гриневич и А. К. Продан (53) 621.317.39:531.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !! 1037051, кл. G 01 В 7/00, 1980. (54) ЕМКОСТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ИОСТ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений, позволяя повысить чувствительность емкостного трансформаторного моста для измерения перемещений. Мост содержит генератор, коммутатор и емкостный дифференциальный датчик с секционированными потенциальным и токовым электродами, Два ряда секций токового электрода,имеющих равную длину, смещены один относительно другого вдоль направления измеряемого перемещения на половину длины одной секции. Секции соединены через одну, образуя по две группы в каждом ряду, и подключены к входам коммутатора. Потенциальный эЛектрод емкостного датчика выполнен с двумя рядами секций, равных по дли=

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1259100

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объектов различного функционального назначения.

Целью изобретения является повьппение чувствительности за счет более эффективного использования площади потенциального электрода дифференциального емкостного датчика перемещения, выполненного секционированным.

На чертеже изображена структурная схема емкостного трансформаторного моста для измерения перемещений при использовании дифференциального ем— костного датчика.

Емкостный трансформаторнБФ мост содержит генератор 1 и подключенный к нему первичной обмоткой трансформатор 2 напряжения, имеющий две вто.ричные обмотки с одинаковым числом витков, Эти обмотки включены встречно, а их точка соединения подключена к общей точке емкостного моста, Дифференциальный емкостный датчик перемещения, питающийся от генератора 1 через указанный трансформатор, содержит секционированные потенциальный 3 и токовый 4 электроды, секции которых выполнены одинаковой длины, Коммутатор 5 с блоком 6 управления, присоединенным к его управляющему входу, подключен между секциями токового электрода 4 и компаратором 7 токов. Компаратор 7 содержит две дифференциальные обмотки 8 и 9, имеющие общую точку соединения, которая подключена к общей точке моста, и последовательно соединенные с ними обмотку 10 смещения, обмотку 11 с регулируемым числом витков и указательную обмотку 12, подключенную к детектору 13 равновесия моста, Выход детектора 13 подключен к .управляющему входу обмотки ll компаратора с регулируемым числом витков, Управляемый коммутатор 5 выполнен в виде четырех трехпозиционных переключателей и имеет один из выходов, подключенный к общей точке моста, и два других, присоединенных к выводам дифференциальных обмоток 8 и

9 компаратора 7 токов, К четырем входам коммутатора 5 присоединены секции токового электрода 4, размещенные двумя рядами 14 и 15, которые смещены один относительно другого в направлении измеряемого перемеще-30

45

5О кать ток неравновесия, По сигналу детектора 13 равновесия обеспечивается уравновешивание моста путем изменения числа витков регулируемой обмотки 11 таким образом, чтобы обес55!

О

25 ния на половину длины одной секции, В каждом ряду секции токового электрода соединены через о 1ну в две группы 16 и 17 и 18 и 19 соответственно, Секции потенциального электрода также соединены через одну в две группы 20 и 21, каждая из которых подключена к одной из вторичных обмоток 22 и 23 трансформатора 2 напряжения. Группы секций потенциального электрода 3 размещены в два ряда без смещения в направлении измеряемого перемещения и геометрически расположены над соответствующими рядами секций токового электрода 4.

Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений работает следующим образом, Пусть взаимное расположение электродов дифференциального емкостного датчика таково, что под группой 21 секций потенциального электрода 3 находится 1/4 часть площади группы

17 и 3/4 части площади группы 16 секций токового электрода 4, Группы 18 и 19 секций токового электрода

4 при этом подключены к общей точке моста, В результате токи групп 16 и

17 секций токового электрода 4 протекают по дифференциальным обмоткам

8 и 9, обмотке 10 смещения и регулируемой обмотке 11 компаратора 7 то. ков, Числа витков дифференциальных обмоток 8 и 9 и обмотки 10 смещения компаратвра токов подобраны таким образом, чтобы при указанном начальном положении электродов датчика магнитный поток в сердечнике компаратора 7 токов был равен нулю при нулевом числе витков обмотки 11 с регулируемым числом витков, При смещении из этого положения потенциального электрода 3 относительно токового электрода 4 в сердечнике компаратора 7 токов возникает результирующий магнитный поток, вследствие чего в указательной обмотке 12 компаратора начинает протепечивалась компенсация магнитного потока в сердечнике компаратора 7 токов, вызванного смещением потенциального электрода 3 из начального положения, Равновесное число витков

I259100 4 вого электрода 4 в зависимос ти от того, какие группы секций в данный интервал времени подключены к обмот кам 8 и 9 компаратора 7 токов.

Благодаря тому что через тран— сформатор 2 напряжения на группы 20 и 21 секций потенциального электрода подаются противофазные напряжения, 0 происходит удвоение абсолютной чувствительности предлагаемого устройства, что обусловлено более эффективным использованием площади потенциального электрода емкостного дат15 чика ° о 40

Поскольку уравновешивание емкостного трансформаторного моста осуществляется в цепи компаратора 7 токов, то абсолютная чувствительность моста может быть определена в виде

S hI/ 1, 45 где Sö - абсолютная чувствительность;

6I — приращение тока в цепи дифференциальных обмоток компаратора 7 токов;

61 — приращение перемещения, вы- 50 зывающее приращение тока

hI.

Приращение тока 4 Т можно представить в виде разности токов групп токовых электродов, подключенных к дифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токов ЬI--Ig-Т, где Iö и I — токи групп 16-19 секций токо.— регулируемой обмотки 11 пропорционально измеряемому перемещению, При достижении положения, при ко тором под группой 21 секций потенциального электрода 3 находится 1/4 часть площади группы 16 и 3/4 части площади группы 17 секций токового электрода 4, с помощью коммутатора 5, управляемого блоком 6 управления, к дифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токов подключаются группы

18 и 19 секций токового электрода 4.

Таким образом, на интервале измеряемых перемещений, равном половине длины секции, измерение проводится на группах 18 и 19 секций токового электрода. При дальнейшем относительном перемещении секций потенциального электрода 3 относительно групп секций токового электрода 4 коммутатор 5 вновь переключается, и далее измерение вновь ведется на группах

16 и 17 секций токового электрода, однако при этом указанные группы секций подключаются с помощью коммутатора 5 к дифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токов в противофазе по отношению к их первоначальному включению, В четвертом такте измерения обеспечивается коммутация групп 18 и 19 секций токового электрода 4, которые подключаются теперь к дифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора противофазно по отношению к их первоначальному включению.

Измеряемое перемещение однозначно определяется состоянием коммутатора 5 и равновесным числом витков обмотки 11 компаратора 7 токов, формула изобретения

Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий генератор, коммутатор с блоком управления, емкостный дифференциальный датчик с потенциальным электродом и секционированным токовым электродом, выполненным в виде двух рядов секций равной длины, смещенных один относительно другого в направлении измеряемого перемещения на половину длины одной секции, причем секции токового электрода соединены через одну в две группы в каждом ряду и подключены к четырем входам коммутатора, выполненног0 в виде четырех трехпозиционных переключателей, первый выход которого подключен к об щей точке моста, компаратор токов с двумя имеющими общую точку соединения дифференциальными обмотками, два противоположных вывода которых подключены к второму и третьему выходам коммутатора, и с обмоткой смещения, один вывод которой соединен с обшейточкой дифференциальных Обмоток. а другой ее вывод присоединен к обмотке с регулируемым числом витков, против6положный вывод которой присоединен к общей точке моста, и детектор равновесия, входом подключенный к указательной обмотке компаратора, а выходом — к управляющему входу обмотки с регулируемым числом витков, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен трансформатором напряжения с первичной обмоткой, подключенной к генератору, и двумя вторичными обмотками с одинаковым числом витков, ;включенными встречно и подключенными своей точкой соединения к общей точке!

259100 е моста, а потенциальный электрод раз- ненные через одну в две группы, каж-

Делен на секции, равные по длине дая из которых подключена к одной секциям токового электрода и соеди- из вторичных обмоток трансформатора,/

Г 1

Т1Т тГт (! 1!

"1 11

1111

1 1

Редактор И, Шулла

Заказ 5111/38 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.но делам изобретений и открытий

113035„ Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4!

I

Составитель С, Скрыпник

Техред Л.Сердюкова, Корректор А, Тяско