Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений

(19) 01) 1)4 С 01 В 70 НИЕ ИЗОБРЕТЕН ОПИ СТ ОР к элека именно ещений при костных р.асш ерен ум коор транс о -компара ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ У СВ ЕТЕЛЬСТВ(71) Институт электродинамикиАН УССР(54) ЕМКОСТНЫЙ ТРАНСФОРМАТДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИИ(57) Изобретение относитсятроизмерительной технике,к измерению линейных перемпомощи дифференциальных емдатчиков. Цель изобретенирение функциональных возмза счет осуществления изммещений одновременно по дВнатам. Устройство содержиматор 2 напряжений, первый1293470 тор 7 токов с индикаторной 8, регулируемой 9 и дифференциальными обмотками 10, 11, 12, 13, дифференциальный емкостный датчик с потенциальным электродом 3, подключеннымк вторичной обмотке трансформатора 2напряжений, и токовым электродом 4,подключенным к дифференциальным обмоткам первого компаратора 7 токов,первый детектор 5 равновесия, подключенный к индикаторной обмотке 8,выход которого подключен к первому коммутатору 6, управляющему коммутациейвитков регулируемой обмотки 9, регулируемый отвод которой подключен кобщей точке прибора, и генератор 1,подключенный к первичной обмоткетрансформатора напряжений. С цельюрасширения функциональных возможностей, а именно обеспечения одновременного измерения по двум ортогональным координатам с помощью одного датИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет осуществления измерения перемещений одновременно по двум координатам.На чертеже приведена блок-схема емкостного трансформаторного моста,гУстройство содержит генератор 1, трансформатор 2 напряжений, емкостный дифференциальный датчик с потенциальным 3 и токовым 4 электродами, первый детектор 5 равновесия, первый коммутатор 6 и первый компаратор 7 токов с индикаторной 8, регулируемой 9 и дифференциальными 10- 13 обмотками, второй детектор 14 равновесия, второй коммутатор 15 и вторрй компаратор 16 токов с индикаторной 17, регулируемой 18 и дифференциальными 19-22 обмотками. Потенциальный 3 и токовый 4 электроды выполнены квадратными. Токовый электрод 4 разделен изолирующими промежутками на четыре квадратных секции 4.1-4.4, величина которых равна величине потенциального электрода 3. чика, прибор снабжен вторыми детектором 14 равновесия, коммутатором15 и компаратором 16 токов с индикаторной 7, регулируемой 18 и четырьмя дифференциальными 19, 20, 21,22 обмотками, индикаторная обмотка17 которого поцключена к второму детектору 14 равновесия, выход которого подключен к второму коммутатору15, который управляет коммутациейвитков регулируемой обмотки 18 второго компаратора токов, а в первый компаратор 7 токов введены две дополнительные дифференциальные обмотки12, 13. Потенциальные 3 и токовые 4электроды емкостного дифференциального датчика выполнены в виде квадратов, причем токовый электрод разделен изолирующими промежутками начетыре секции, размер которых равенразмеру, потенциального электрода 3.1 ил. 2Секции 4,1-4.4 токового электрода 4 подключены к дифференциальным обмоткам 13, 12, 11, 10 компаратора 7 токов, индикаторная обмотка 8 которого подключена к детектору 5 равновесия,выход которого подключен к коммутатору 6, который изменяет число витков регулируемой обмотки 9, регулируемый отвод которой подключен к общейточке прибора, Дифференциальные обмотки 10, 11, 12, 13 компаратора 7токов соединены с дифференциальнымиобмотками 19, 20, 21, 22 компаратора 16 токов, инцикаторная обмотка17 которого подключена к детектору14 равновесия,:выход которого подключен к коммутатору 15, который изменяет число витков регулируемой обмотки 18, регулируемый отвод которойсоединен со средней точкой регулируемой обмотки 9. Дифференциальные обмотки 19, 20, 21, 22 компаратора 16 токов имеют общую точку, которая.подключена к средней точке регулируемой обмотки 18, причем дифференциальные обмотки 10, 11 компаратора 7 токов намотаны согласно. Дифференциальные обмотки 12, 13 тоже намотаны согласно друг другу, но встреч3470 суммарная площадь перекрытия потенциального электрода 3 и секций 4.1 и 4.2 токового электрода 4, а для суммы токов секций 4.3 и 4.4 это суммарная площадь перекрытия потенциаль. ного электрода 3 и секций 4.3 и 4.4 токового электрода 4. Укаэанные площади при смещении потенциального электрода 3 вдоль оси Х остаются постоянными. Поэтому магнитный поток в сердечнике компаратора 7 токов равен нулю. Сумма токов секций 4.1, 4.4 и сумма токов секций 4,2, 4.3 при этом изменяются, так как изменяются соответствующие площади перекрытия потенциального электрода 3 и секций токового электрода 4. В сердечнике компаратора 16 токов возникает магнитный поток, что приводит к появлению тока неравновесия в индикаторной обмотке 17. Детектор 14 равновесия уравновешивает мост с помощью коммутатора 15, изменяющего число витков регулируемой обмотки 18 так, чтобы скомпенсировать возникший магнитный поток.Перемещение вдоль оси Х при этом однозначно определяется равновесным числом витков регулируемой обмотки 18.При смещении потенциального электрода 3 вдоль оси 7 токи секций 4,1, 4.2, 4.3 и 4,4 изменяются. Теперь постоянными остаются сумма токов секций 4.1 и 4.4 и сумма токов секций 4.2 и 4,3, так как постоянны соответствующие им площади перекрытия потенциального 3 и токового 4 электродов. Поэтому в сердечнике компаратора 16 токов магнитный поток равен нулю. Сумма токов секций 4.1 и 4,2 и сумма токов секций 4,3 и 4,4 при этом изменяются из-за изменения площадей перекрытия потенциального электрода 3 и соответствующих секций токового электрода 4. В сердечнике компаратора 7 токов возникает магнитный поток, что приводит к появлению тока в индикаторной обмотке 8, Детектор 5 равновесия уравновешивает мост с помощью коммутатора 6, изме- няющего число витков регулируемой обмотки 9 так, чтобы скомпенсировать возникший магнитный поток, Перемещение вдоль оси У при этом однозначно определяется равновесным числом витков регулируемой обмотки 9При одновременном смещении потенциального электрода 3 по двум осям 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 129но дифференциацьным обмоткам 10,11, Дифференциальные обмотки 19, 20,21, 22 компаратора 16 токов намотаны таким образом, чтобы при указанном выше их попарном последовательном соединении с дифференциальнымиобмотками 10, 11, 12, 13 образовывались две пары согласно включенныхдифференциальных обмоток 19, 10 и21, 12 и две пары встречно включенных дифференциальных обмоток 20, 11и 22, 13. Кроме того, дифференциальные обмотки 10,11, 12, 13 и 19, 20,21, 22 имеют одинаковое число витков. Генератор 1 подключен к входной обмотке 23 трансформатора 2 напряжений, выходная обмотка 24 которого подключена к потенциальномуэлектроду 3.Устройство работает следующим образом.Пусть взаимное расположение электродов датчика таково, что потенциальный электрод 3 расположен точнопо центру токового электрода 4. Тогда токи секций,4.1-4.4 токового электрода 4 равны, так как равны соответствующие им частичные емкости.Пусть также равны нулю числа витковрегулируемых обмоток 9 и 18, Магнитный поток в сердечнике компаратора 7токов определяется разностью суммытоков дифференциальных обмоток 12,13 и суммы токов дифференциальныхобмоток 10, 11 или соответственноразностью суммы токов секций 4,2,4.1 и суммы токов секций 4.4, 4,3 токового электрода 4, а магнитный поток в сердечнике компаратора 16 токов аналогично определяется разностью суммы токов секций 4.1, 4.4 исуммы токов секций 4.2, 4.3 токового электрода 4. Поскольку токи секций 4.1-4.4 равны, то равны нулюмагнитные петоки в сердечниках компараторов 7 и 16, следовательно приборбудет уравновешен,При смещении потенциального электрода 3 вдоль оси Х токи секций 4.1,4.2, 4.3 токового электрода 4 изменяются. Однако сумма токов секций4.1 и 4.2 и сумма токов секций 4.3и 4.4 остаются постоянными, так какони определяются соответствующимичастичными емкостями, которые пропорциональны площади перекрытия потенциального электрода 3 и соответствующих секций токового электрода 4.Длясуммы токов секций 4.1 и 4.2 это1293470 формула изобретения Составитель В. НиколаевТехред Л.Сердюкова Корректор С. Шекмар Редактор М. Циткина Заказ 369/40 Тираж 678 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4. Х и У магнитный поток возникает ив компараторе 7 токов, и в компараторе 16 токов, В этом случае мост уравновешивается и детектором, 5., и де-тектором 14 равновесия, которые спомощью коммутаторов 6 и 15 изменяютчисла витков регулируемых обмоток9 и 18 так, чтобы скомпенсироватьвозникшие в сердечниках компараторов7 и 16 токов магнитные потоки. Приэтом измеряемое перемещение по осиХ однозначно определяется равновесным числом витков регулируемой обмотки 18, а по оси У - равновеснымчислом витков регулируемой обмотки 9. Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжений с вторичной обмоткой, первый компаратор токов с индикаторной, регулируемой и двумя дифференциальными обмотками, дифференциальный емкостный датчик с потенциальным электродом, подключенным к вторичной обмотке трансформатора напряжений, и токовым электродом, подключенным к дифферен-. циальным обмоткам первого компаратора токов, первый коммутатор первый детектор равновесия, подключенный к индикаторной обмотке, выход которого подключен к первому коммутатору, осуществляющему коммутацию витков 35 регулируемой обмотки, регулируемый отвод которой подключен к общей точке прибора, и генератор, подключенный к первичной обмотке трансформатора напряжений, о т л и ч а ю щ и й с я40 тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, первый компаратор токов выполнен с четырьмядифференциальными обмотками, а устройство снабжено вторым детекторомравновесия, вторым коммутатором ивторым компаратором токов с индика-.торной, регулируемой и четырьмя дифференциальными обмотками, индикатор"ная обмотка которого подключена квторому детектору равновесия, выходкоторого подключен к второму коммутатору, осуществляющему коммутациювитков регулируемой обмотки второгокомпаратора токов, потенциальный итоковый электроды прибора выполненыв виде квадратов, токовый электродразделен изолирующими промежуткамина четыре секции, размер которых равен размеру потенциального электрода,причем четыре секции токового электрода подключены к четырем входамдифференциальных обмоток первого компаратора токов, выходы которых подключены к четырем входам дифференциальных обмоток второго компаратора токов, выходы которых объединеныи подключены к средней точке регулируемой обмотки второго компаратора .токов, регулируемый отвод которойподключен к средней точке регулируемой обмотки первого компаратора токов причем две дифференциальные обмотки первого компаратора токов, намотанные согласно, соединены с двумя дифференциальными обмотками второго компаратора токов, намотаннымивстречно, и две другие дифференциальные обмотки первого компаратора токов, намотанные согласно друг другу,но встречно двум первым обмоткам,соединены с двумя другими дифференциальными обмотками второго компаратора токов, намотанными встречно.