Емкостной датчик

."1 М(43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень41 по делам извбретеиий и открытий(45) Дата опубликования описания 04.12.80(71) Заявитель Центральное конструкторское бюро уникальногоприборостроения научно-технического объединения АН СССР4.(54) ЕМКОСТНЬ 1 й ДАТЧИК Изобрегение относится к измерительнойтехнике,и может быть использовано дляизмерения линейных и угловых йеремещений.Известен емкостный датчик, содержащий статор и заземленный ротор Ц.Наиболее близким к изобрегению техническим решением является емкостныйдатчик, содержаший заземленный ротор,потенциалЬный статор с пластинами; гене-"ратор гармонических колебаний с трансформатором пнтаг 1 ия навыходе"и вьгход-ную усилительно-детектирующую цепь 12).Эти датчики ииеют недостаточно -высокую точность преобразования, так,как стаг ф, бильность п 1 реобразования существенно за,висит от физико-механических и электрических свойств изолирующих материгалов иютстабильности,ионтажных и вхбдных" емкостей предусилиТеля.Цель изобретения - повышение тбчности преобразования путем обеспечения не завгисймости крутизны преобразования емкостного датчика .от физико-механическихи электрических свойств изолируюЩих ма- териалов и от стабильности монтажных и 25входных емкостей схемы.Эта цель достигается тем, что емйостный датчик снабжен трансформатором то. ка, включенным в разрыв вторичной обмотки трансформатора питания, и цейью авто- ЗО 2матической регулировки усиления, вход ко-торой, соединен с выходом трансформаторатока, а генератор" гартионичеокйх колебанийвыполнен управляемым по амплитуде и сое динен упр,авляющим входом с выходо 1 м цели автоматйческой регулировии усиления.С целью повьгшения помехозащищенйости, емкостный датчик снабжен распределиЦтельньгми элеиентамя, включенныии "междуйластинами потенциального статора итрансформатором питания, и экранами; охватывающими раслределг 1 тельные элеиентыи пластины потенциального статора, вторичная обмотка траноформатора питания исоединительные провода выполнены коаксиальными-проводами,оплеткикоторых сое-динены"мейд собой,и с экранами, а средняя точка оплетки.кОаксиального проводавторичной обмотки трансформатора питания заземлена,С целью повышения помехоустойчйвостии линейности преобразования между сред-ней точкой первичной юбмоти трансформатора тока и землей, подключен конденсатор,- параллельно вторичной обмотке трансформатора тока подключен, второй конденсатор,величины их ":реактивйых сопротИвленийвыбраны таким образом, что они соизмери-.мы:между собой и пренебрежимо малы всравнении с реактивным сопротивлениеМ,: М;ззЮФЗазае. -, "- , "- ."- ",ЬсаееЖ. -,л" 77740 О . " ";.:, .,: "3спотеггцйсалисьлнитого статОсраз относительнозем-углу поворота, Это йалряжение прОходитли.,-: - " 1 :":-: ".,-".-:.".вьгхолную усилительно-детектиругощуюНа чертеже представлена функциональ- цепь 28 и поступает на выход 29.ная схема емкостного датчйкаЛ . " -Для исклточенйя влияния МонтажныхЕмкостный датчик соеркиР"ФЖеГатор5 емкостей:в прЕдлагаемом датчике все по 1 гармоничесиих колебанийкоторый со- "-тетпгиальные эле)ченты схемы(вторггчнаястоит из Ьключенньгх последовательно гене- обмотка трансформатора б питания, подворатора 2 с сжмовЬэбуждением,;регулируг 0- дящие провода, рааеггределительйьсге элемейщего элемента 3 и усилителя 4 моЩйости, -ты б, 7 пластины 10, 11, 12, 13 потенциалвК выходу тсилителя 4 мощности подклюсчег .10 .йЬот смтсастора"заключены в экраны 8, 9, 14,на первичйаля обмотка йрантсформатиорас 5 1 б, 1 б, 17,и экн,ранируюфне оплетки вторггчпитания, вторичйая обсмоткакоторого через ной обмотки трансформатора 5 Питания Нраспределительные элементьг б, 7, "гойе,: подводящих" проводов, Равные потенциалыщейные в экраны 8, 9, подключейа к пла-, получены с помощью намотки вторничнойстинам,10, 11, 12, 18,ймотселнсциальнтого стато.-, 15 обмотки трансформатора б питания,коак", ра, заключейньгм в экраны,14, 1 б, 1 б, 17;, " сим"атльйьпм прооводом, средняя точМа иотсфоВторичная обмотка трансформатора б пита-, го заземлена (йгодключена к общей шиле).нияи "подключенные, между этой обмоткойТак,как магнитйый поток пересекает с;рав-.и пластинами,10, 1112, 13 йотекнцивльнбго нойс;интенсивностью и с равной скоростью"СтатОРа СОЕДйййтЕЛЬНЫЕа ПРОВОДа ВЫйОЛтйЕ КаК О 1 тЛЕтКУ КОаГСИаЛЬЙОГО П 1 РОВОДа,та КИны коаксиальным проводом, смэканисрую- внутреннюю жилу, то на вторничной обмот- щаия" эквипотенциальная оплетка".,йотОттрого . ке прансформатора б питания,й на оплеткесотедиеаненса ссо экранами 8, 9, 14, 15, 1 б, 17 ииндуцируются равные ЭДСВ,связи с тем,заземлена, Заземлена также "сродняя-точка " 1 тгоу проводимость оплЕвки коакссиального,ОПЛЕТКИ КбаКСИаЛЬНОГО ЙрОтВОда ВтбрмйЧНОй, 25 ПрОВОда И фйиГурНЫХЭКраНОВ ОЧЕНЬ ВЕЛИКа, обмотки трансформатора б "питания. Пла- ": по сравнению с проводвмостьюмонтажныхстины 10, 11, /2, 13 потейцитального стсаатбра:емкостей,и 3 тзо.чяцф тоэквипотмеЪциаальк-срасположены вокруг ректора 18. В разрыв" ность Чбеспечивается лучше, чем 10-, слевторичной обмотки трансформатора 5 пита- довательно, в 105,раз уменьшается:комйния,подключена также первичная обмотка 50 лкечггсвгася проводисмост между токонесущеЫтрансфо 1 рматора 19 тока, вторичная обмот-. . жилой и ойлечкой, Таким образом, практика которого подкгючена,к конденсатору 20 ческн голностью айключается влияние мЬни к цепй 21 автоматической регулйровквис "ттажтныЫсемкостей на работу, датчика.усиления, "состоящейбагз 1 пгоследовательйао1 ок," протекакнций через каждое плечовключейггьлгхсоизгмесрительного уойлителя 22 35 йзаиетнрительйого моста датчика, прямо про-"кпеРеменггого напРЯжениЯ, детектоРа 23, ст- поРциойален велйчйснте емкости плеча. Разроиства 24 сравнения сподключенньгм,к не- ность токов,"прбтвкаюлих через плечи мосму, Источником 2 б стабилизтиронванного" йй-" та,с пропорциотнальна разноди емкостей .пряжейия и усилитеггя-интегратора 26 по- плей; разность емкостей, . в свою очередь,стоянного напряжениявыход которого под пропорционалБтга углу поворота ротора 18,ключен, к регулирующемуэлементу д гейе-.Разйость токов измеряется путем вклюратора 1 гармонических колебаний. К "сред= чения консденсатора 27 в диагональ-измери-,ней точке первичной обМоткитрансформса-теаУсйогмо"мобста,т: е. ксредней точке ггервсичтора 19 тока подключеаьг конденсатор 27 ной обмоткгг,трансформатора,19 тока, аи .выходная усилитетлвйо-детегстируЮщая, 45 слеидовательнои к средней точке трансфорцепь 28, имеющая выход 29, " " :матораБ питания, При этом емкосгь кон Работает емкостный;ааттнййаст"ЬоеяющйГ. леесйсатора ас 2 несоизмеримо велика (в весят.образом. - " -",. -,.,. -тки тысяч,раз) по сравнению с емкостью,;Отгенератора 1 гармонических колеба- "здЯтчикр, т. е. измерительный, мост работает,Ннй йййряжЕНйЕт й 1 ЬСтуТтаЕт На трайефмОрМлам В рЕжИМЕ КОрОГКОГО ЗаМЫКаНИя. ПрнПОВОтоР Б питания, Две половины вторичной об- роте ротора 18 на некоторый угол от,на-- , мотки трансформатора б-"пйтайтгя "й" авве и "ггаЖного"спеослсожения емкость одного плеча- емкости, образовайные между ротором 18 и" датчика уменьшается, другого - величипойарносоединенйьгми пластинами 10, 12 ивается"Аа равные, величины; сумйасрнаЪ-)ке11, И йбЧейцйиальйогостматаорза",смоставсляюет: 55 емкость двухплеч.,не изменяется. При вбзизмерительный, четырехплечий Йолсмта," кото-. действии влажностй или"теьатврастурьт на,рый в исхоЛноМ-сосйтяйий фйвйоввшен, сэлейнсмтьтс "гатчФйа емкостиплеч, измери-"т: е ссмйа емкостей между ротортом 18"ительйого мосттаизменяются, следовательно,пласпинами 1012 равнаасумме емкостеи изнмейцтссся суммарный ток, протекающий в"ФИЛье Моста",наггряжение равно нулю. При " -, ла"поворота ротора И ТакимобразоМ, по-,повороте, ротора 18,на ннекоторый упол отказакия емкостногоиа дсатчкка будут ггодвер-,положения равновесия йаконденсаторе 27 жены вллинянию окружающей среды. ЧтобыйЯИВЛяЕтгСй"йаПряжЕНИЕ,"йрОПОрцйОНаЛЬНОЕ 65 ЙЛИЮЧИтъ Этн НЕжЕЛатЕЛЬНЫЕ яЬЛЕаНИя, СуМ-=- ма тдковплеч моста емкостного ЪатМка - ходе"и выходйуйГ убйлЪтельй=детеКтйрю= поддерживается постоянной (стабилизи- щю цепь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сруется) путем;изменения напряжения пи-:целью повышения" точности"преобразования,тания датчика. Постоянство суммы токов он снабжен трансформатором тока; вклюобеспечивается подключением конденсатора 5 чевным в разрыв вторичной обмотки транс"- - -" -20.к вторичной обмотке суммирующего изме- форматора питания, и,цепью автоматичес,рительного трансформатора 19 тока. Конден- / кой регулировки усиления,:вход которойсатор 20, так же как и конденсатор 27, соединен с выходом трансформатора тока,"имеет емкость; несоизмеримо большую по а генератор гармонических,колебаний вы. сравнению с емкостью датчика. На конден полнея управляемььм по амплитуде и сое,. саторе 20 напряжение прямо пропорцио- динен управляющим входом с выходом ценальйо сумме токов,протекающих через пи автоматической регулировки усиления.плечи моста датчика. Это напряжение по. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с яступает на цепь 21 автоматической регули- тем, что, с целью повышения помехозащировии усиления, Оно усиливается усилите .щенности, он снабжен распределительнымилем 22, детектируется детекторам 23 и по- элементами, аключенньтмитмежду пластинаступает на устройство 24 сравнения. Вы-. ми потенциального статора и трансформато. прямленное напряжение, прямо пропорцию-" ром питания, и экранами; омватываюйиминальное сумме токов плеч моста, датчика,распределительные. элементы и пластины посравнивается с эталонным напряжением о тенциального статора, вгоричная обмоткастабилизированного источника 25. Разность трансформатора питания и соединительныенапряжений с выхода устройства 24 сравне- провода выполнены .коаксиальными прово-няя через усилитель-интегратор 2 б посту- дами, оплетки, которых соединены междупает на,регуЛврующий элемент генерато- собой и с экранами, а средняя точка оп,ра 1 гармонических, колебаний. Таким об лейси коаксиального провода вторичной образом, образован замкнутый контур, следя-. мотки трансформатора питания заземлена.щий за эталонным напряжением .стабили. Датчик по п, 1, отличающий ся,.зированного источника 25, т. е. выпрямлен-тем; что, с целью повьгшения помехоустойнбе напряжение Ба:выходе детвктора 23 с чивости и линейности преобразования, межпотрешностью - 10 4 поддерживается рав- ЗО ду средней точкой первичной обмоткиным напряжениЮ .стабилизированного ис- -трансформатора тока и землей лодключенточника 2 б, а следовательно, с той же точ- .,конденсатор, параллельно вторичной об;Бостью поддерживается,постоянство суммымотке трансформатора тока подключен втотоков и независямость ее от внешней среды, рой:конденсатор, величиньг . их. реактивныхЕмкостный датчик со стабилизацией З 5 сопротивлений выбраны таким образом, чтосуммы токов плеч измерительного мОста, с они соизмеримы мвжду .собой и пренебрезащитой информационных цепей эквипо- жимо малы в сравнении с реактивным сотенциальными экранами и с короткозамк- противлением потекциального статора отнонутым выходом более чем на десятичный сительно земли.порядок повышает точность измерений. 4 оИсточники информации, прицятыЬ воФо р мул а из о б р ете,н,и я . внимание при экспертизе:"- - , --- -г-;."-.-" "- , -:" 1. Ацюкоэский В. А. Бмкостные диффе 1. Емкостный датчик, содвржащий за- ренциальные датчики перемещения. Мзвмленный ротор, потенциальный статор с 45 1960, с. 25 - 90,пластинами, генератор гармонических ко. Авторское свидетельство СССР.лебаний с трансформатором питания на вы-469881, кл. б ОГ В 7/30, 1976 (прототип).гГ 7 г дактоГ. Бельская Корре Тип, Гарьк. фил. пред. сП итэ оставитель А. Кулнкохред И, Заболотнова аказ."1470/1477; Лзд. 7 Г 545 Тираж 810ЙПО сПоискэ Государственного комитета СССР по делам иэо 113035, Москва, Ж, Раушская ваб;, д. 4( ор .И. Осиповская Подписное ений н открытий