Устройство для стабилизации крутизны преобразования емкостных датчиков

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М, Кл.е 608 С 25/00 Гасударственный комитет Совета 1 йинистроа СССР по делам изобретений и открытий45) Дата опу кования описания 25.03.7(71) Заявитель ентральное конструкторское бюро уникального приборостроения АН СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ КРУТИЗНЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА напряжения источника питания 1 выходу генератора гармонических и к входу измерительного моста Изобретение относится к автоматике, можетбыть использовано для измерения механическихвеличин - деформаций конструкций; угловых илинейных перемещений - с помощью емкостныхдатчиков.Как известно, крутизна преобразования емкостного датчика зависит от напряжения питания иот емкостей конденсаторов, В свою очередь, емкость датчика зависит от его геометрических размеров и от диэлектрической проницаемости диэлектрика (воздуха). Геометрические размеры датчикаизменяются под воздействием температуры окружающей среды, а диэлектрическая проницаемостьвоздуха зависит от его влажности,Для стабилизации крутизны преобразованиядатчика его обычно герметизируют, термостатируюти пцательно стабилизируют напряжение питания.Известны устройства для стабилизации крутизны преобразования емкостного датчика, содержащие регулятор напряжения, генератор гармонических колебаний, схему сравнения, серводвигатель,редуктор, регулятор напряжения и отсчетное устройство.Цель изобретения - упрощение конструкции ирасширение области применения устройства. Предлагаемое устройство отличается тем, что вкаждое плечо измерительного полумосга, составленного из емкостей датчика, включено по одному измерительному трансформатору тока, вторичные5 обмотки которых соединены последовательно инагружены на конденсатор, подключенньй через усилитель и демодулятор к схеме сравнения, связанной также с источником стабилизированного постоянного напряжения и с входом другого уси 10 лителя, нагруженного на серводвигатель. Серводвигатель через редуктор механически связан с регулятором напряжения. При этом выход измерительного моста нагружен на другой конденсатор, несоизме.римо больший.15 Регулятор напряжения питания подключен квходу измерительного моста, Емкостньй дифференциальный датчик любой конструкции подключается к трем клеммам, выведенным от конденсатора, включенного в диагональ измерительного моста, и 20 от первичных обмоток трансформаторов тока.На чертеже представлена функциональная схемаустройства.Регуляторподключен кколебаний 2составленного из резисторов 3 и 4 и двух конденсаторов емкостного датчика 5, с включенными в него конденсатором 6, резистором 7 и первичными обмотками измерительных трансформаторов тока 8 и 9. Конденсатор 10, подключенньй к входу усилителя 11, и вторичные обмотки трансформаторов тока 8 и 9 включены последовательно. Выход усилителя 11 через демодулятор 12 подключен к схеме сравнения 13, связанной также с источником стабилизированного постоянного напряжения 14.МО Выход схемы сравнения 13 через усилитель 15 подключен к серводвигателю 16, выходной вал которого через редуктор 17 механически связан с регулятором напряжения источника питания 1.Емкостный датчик 5 подключают к клеммам, выве 5 денным от первичных обмоток трансформаторов тока 8 и 9 и от конденсатора 18, включенного в диагональ измерительного моста. Конденсатор 18 подключен к входу усилителя 19, выходкоторого через демодулятор 20, имеющий выход20 21,подсоединен к входу отсчетного устройства 22. Входы демодуляторов 12 и 20 подключены к выходу генератора гармонических колебаний 2.Запитываемьй от генератора гармонических колебаний 2 через регулятор напряжения источника питания 1 измерительный мост в исходном состоянии уравновешен и на его выходе, т.е. на конденсаторе 18 и на входе у силителя 19, напряжение отсутствует, Ток, протекающий через конденсаторы датчика, трансформируется во вторичные обмотки трансформаторов тока 8 и 9, и на конденсаторе 10 присутствует напряжение, пропорциональное суммарному току, протекающему через конденсаторы. Это напряжение через усилитель 11 и демодулятор 12 поступает на схему сравнения 13, где сравнивается с напряжением источника постоянного стабилизированного напряжения 14. Сигнал разности этих напряжений снимается со:хемы сравнения 13 и через усилитель 15 поступает на серводвигатель 16, механически связанньй через редуктор 17 с регулятором напряжения источника питания 1 измеритель.ного моста. Под воздействием этого напряжения серводвигатель 16 поворачивается и изменяет напряжение на выходе регулятора напряжения таким образом, чтобы свести к нулю напряжение на выхо.де схемы сравнения 13. Таким образом напряжение на выходе демодулятора 12 поддерживается постоянным и равным напряжению источника постоянного стабилизированного напряжения 14. Это напряжение пропорционально напряжению на конденсаторе Я 1 10 и, следовательно, суммарному току двух плеч измерительного моста, составленных из конденсатороз датчика 5.Нри изменении соотношения емкостей конденсаторов датчика, определяемого величиной измеря емой деформации, изменяются токи через конденсаторы датчика, но суммарньй ток с точностью до величин высшего порядка малости не изменяется.Напряжение на выходе измерительного моста, т,е, на конденсаторе 18, в режиме короткого замыка ния, который обеспечивается шунтированием выхода измерительного моста конденсатором 18, несоизмеримо большое по сравнению с выходной емкостью измерительного моста, пропорционально напряжению питания измерительного моста и приращению емкостей датчика вследствие деформации. В свою очередь, суммарньй ток, протекающий через конденсаторы датчика 5, в режиме короткого замыкания пропорционален полной емкости датчика и напряжению питания, Поэтому поддержание этого суммарного тока постоянным приводит к постоянству крутизны преобразования датчика, Напряжение со стабильного конденсатора 18, пройдя через измерительный усилитель 19, выпрямляется синхронным демодулятором 20 и поступает на выход 21 и на отсчетное устройство 22, тарированное в величинах измеряемой деформации.При изменении температуры и влажности окружающей среды емкости конденсаторов датчика 5 меняются, но суммарньй ток через них поддерживается постоянным. Следовательно, постоянна и крутизна преобразования датчика. При изменении напряжения источника питания суммарный ток через конденсаторы датчика также поддерживается постоянным.Конденсатор 6 и потенциометр предназначены для уравновешивания моста по реактивной составдяющеи,Формула изобретенияУстройство для стабилизации крутизны преобразования емкостного датчика, содержащее регуля. тор напряжения, подключенный к выходу-генератора гармонических колебаний, схему сравнения, серводвигатель, подключенный через редуктор к регулятору напряжения,и отсчетное устройство, о т л ич аютцее ся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения области применения, оно содержит измерительньй мост, подключенньй к выходу регулятора напряжения, трансформаторы тока, усилители, один из которых соединен со схемой сравнения и с серводвигателем, демодуляторы, источник постоянного напряжения, подключенньй к схеме сравнения, резисторы и конденсаторы, причем в два плеча измерительного моста включены резисторы, в два других плеча - конденсаторы датчика и трансформаторы тока, в диагональ моста включен переменный резистор, соединенньй с третьим конденсатором, на выходе измерительного моста включен четвертый конденсатор, соединенный со входом второго усилителя, выход которого через первый демодулятор подсоединен к входу отсчетного устройства, вторичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно с пятым конденсатором, подключенным через третий усилитель и второй демодулятор к схеме сравнения,:входы обоих демодуляторов подключены к выходу генератора гармонических колебаний,