Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 0 9) 504 СО 00 р ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ОПИСАНИЕ ИЭОБР Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ЕНИЯ лектрода и одну в две группы, одключена к одной нных вторичны ора напряжени н лек(54) ЕМКОСТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и може использовано для измерения л и угловых перемещений, позво высить чувствительность емко носительно ч да о токо го электрод мкостного т элек быт нейньлан что детектирратора токов т мост мп ключенног п я поного к группам секции токового электродаи имеющего выходную обмотку с регу-лируемым числом витков, подвижныйтокоотвод от которой подключен к вы-,ходу детектора равновесияПо сигналу детектора равновесия обеспечивается уравновешивание моста путем изменения числа витков регулируемойобмотки компаратора токов, число которых и положение коммутатора однозначно определяют величину перемещения, Абсолютная чувствительность емкостного моста удваивается благодаряболее эффективному использованию площади потенциального электрода, выполненного секционированным. 1 ил. 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-.,(21) 3883286/25-28 (22) 15.04.85 (46) 23,09.86, .Бюл, (71) Институт элект (72) Ф,Б. Гриневич (53) 621.317,39:531 (56) Авторское свид 9 1037051, кл. С 01 В 35одинамики АН У и А. К. Прода 71(088.8) тельство СССР В 7/00, 980,НЫЙ МО не секциям токовог объединенных через каждая из которых из встречно соедин обмоток трансформа включенного между тродом датчика и г относительном с групп секций потен отенциальным э нератором, При ещениии двух иального электроырех групп секций происходит раэбансформаторного уется с помощью рансформаторного через коммутаторИзобретение 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 емкостного 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 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 кдетектору 13 равновесия моста, Выход детектора 13 подключен к .управляющему входу обмотки 11 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 перемеще30 35 45 50 кать ток неравновесия, По сигналудетектора 13 равновесия обеспечивается уравновешивание моста путем изменения числа витков регулируемой обмотки 11 таким образом, чтобы обес 55 О 15 20 25 ния на половину длины одной секции, В каждом ряду секции токового электрода соединены через о 1 ну 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 1 О смещения и регулируемой обмотке 11 компаратора 7 токов, Числа витков дифференциальныхобмоток 8 и 9 и обмотки 1 О смещения компаратора 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 витков259100вого электрода 4 в зависимости от того, какие группы секций в данныйинтервал времени подключены к обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токов. 5Благодаря тому, что через тран - сформатор 2 напряжения на группы 20и 21 секций потенциального электродаподаются противофазные напряжения, 0 происходит удвоение абсолютной чувствительности предлагаемого устройства, что обусловлено более эффективным использованием площади потенциального электрода емкостного дат 15 чика о 40Поскольку уравновешивание емкостного трансформаторного моста осуществляется в цепи компаратора 7 токов,то абсолютная чувствительность мостаможет быть определена в видеБ = ь 1/Л 1,45где Яц - абсолютная чувствительность;61 - приращение тока в цепи дифференциальных обмоток компаратора 7 токов;Ь 1 - приращение перемещения, вызывающее приращение токаЬ 1.Приращение тока Д 1 можно представить в виде разности токов групптоковых электродов, подключенных кдифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токов Ь 1=18-1, где 1 Ои 19 - токи групп 16-19 секций токо. -регулируемой обмотки 11 пропорционально измеряемому перемещению,При достижении положения, при котором под группой 21 секций потенциального электрода 3 находится 1/4часть площади группы 16 и 3/4 частиплощади группы 17 секций токовогоэлектрода 4, с помощью коммутатора 5,управляемого блоком б управления, кдифференциальным обмоткам 8 и 9 компаратора 7 токовподключаются группы18 и 19 секций токового электрода 4.Таким образом, на интервале измеряемых перемещений, равном половинедлины секции, измерение проводитсяна группах 18 и 19 секций токовогоэлектрода, При дальнейшем относительном перемещении секций потенциального электрода 3 относительно группсекций токового электрода 4 коммутатор 5 вновь переключается, и далееизмерение вновь ведется на группах16 и 17 секций токового электрода,однако при этом указанные группы секций подключаются с помощью коммутатора 5 к дифференциальным обмоткам 8и 9 компаратора 7 токов в противофазе по отношению к их первоначальному включению, В четвертом такте измерения обеспечивается коммутациягрупп 18 и 19 секций токового электрода 4, которые подключаются теперьк дифференциальным обмоткам 8 и 9компаратора противофазно по отношению к их первоначальному включению.35Измеряемое 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, выполненного 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, противоположный 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 подключеннымисвоей точкой соединения к общей точке1259100 бмоста, а потенциальный электрод раэ- ненные через одну в две группы, каж-Келен на секции, равные по длине дая из которых подключена к однойсекциям токового электрода и соедн- из вторичных обмоток трансформатора. 15