Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оо 983439 Соеэ Советски кСоциалистическихреспублик(22) Заявлено 13.02.79(21) 2723594/18-,28 с присоединением заявки М 3 веударатааввыв квинтет СССР аю делан ваееретенвв н вткрытвв(71) Заявнтел тут электродинамики АН Украинской ССР МКОСТНЫ Й ТРАНСфОРМАТОРНЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИ Т 2 5 ется ереской су емкост- измеший транс-.емой и йерегуми, первый комо ными, дополними; второй иальными енциальны ф. Б. Гриневич,.М. Н,Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для измерения перемещений.Известны емкостные трансформатор- ные мосты для измерения перемещений, содержащие трансформатор напряжения с регулируемой и нерегулируемой вторичными обмотками, компаратор токов, емкостный преобразователь перемещения, образцовую меру емкости и указатель равновесия 13 и 23Недостатком данных устройств являнедостаточно высокая точность изНаиболее близким по техничности к изобретению являетсиый трансформаторный мост дрения перемешений, содержаформатор напряжения с регулирулируемой вторичными обмоткапаратор токов с дифференциальгельной и указательной обмоткакомпаратор токов с дифференц;и вторичной обмотками, диффе емкостный преобразователь с потенциалным электродом н.дифференциальными токовыми электродами, подключенными кдифференциальным обмоткам первого компаратора токов, первую образцовую меруемкости, включенную между регулируемойобмоткой трансформатора напряжения идополнительной обмоткой первого компаратора токов, указатель равновесия, подключенный к обмотке этого компаратора,усилитель, вход которого подключен квторичной обмотке второго компараторатоков, вторую образцовую меру емкости,подключенную к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения и к однойиз дифференциальных обмоток второгокомпаратора токов, другая дифференциальная обмотка которого включена последовательно с дифференциальными обмот-ками первого компаратора токов. Крометого, мост содержит последовательносоединенные управляемый. делитель напряжения и третью образцовую меру емкости, включенные параллельно первой98343 где Э - ток, протекающий в цепи, образцовой меры 20 емкости;35 и - количество витков обмоток 11,12, 10 соответственно.Суммарный ток 3; равен 3образцовой мере емкости, фазочувствительный выпрямитель, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, а вход этого выпрямителя и потенциальный электрод преобразователя перемещений подключены к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения. Мост содержит последовательно соединенные второй управляемый делитель напряжения, иден тичный первому, и четвертую образцовую меру емкости, которая подключена к дополнительной обмотке второго компаратора токов, а выход усилителя подключен ко входу фазочувствительного выпрями теля, управляющий вход второго управляемого делителя напряжения подключен к выходу фазочувствительного выпрямителя, опорный вход этого делителя напряжения подключен к нерегулируемой обмотке щ трансформатора напряжения 3 3 .Недостатком известного устройства , является его сложность.Цель изобретения - упрощение устройства. 25Указанная цель достигается тем, что выход усилителя включен между потенциальным выводом нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора напряжения и потенциальным электродом преоб- щ разователя перемещения.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит трансформатор 1 напряжения с регулируемой 2 и нере улируемой 3 вторичными обмотками, первый компаратор 4 токов с дифференциальными 5 и. 6, дополнительной 7 и указательной 8 обмотками, второй компаратор 9 токов с дифференциальными 10 и 11 и вторичной 12 обмотками, дифференциальный емкостный преобразователь 13 с потенциальным электродом 14 и дифференциальными токовыми электродами 15 и 16, подключенными к дифференциальным обмоткам 5 и 6 первого компаратора 4 токов, первую образцовую меру 17 емкости, включенную между регулируемой обмоткой 2 трансформатора 1 напряжения и дополнительной обмоткой 7 первого компаратора 4 токов, указатель 18 равновесия, подключенный к указательной обмотке 8 этого компаратора, усилитель 19, вход которого подключен к вторичной обмотке 12 компаратора 9 токов, причем дифференциальные55 обмотки первого компаратора 4 токов подключены к первой дифференциальной обмотке 10 второго компаратора 9 токов,вторая дифференциальная обмотка 11 которого через вторую образцовую меру 20 емкости подключена к нерегулируемой обмотке 3 трансформатора 1 напряжения, а выход усилителя 19 включен между потенциальным выводом нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора напряжения и потенциальным электродом преобразователя перемещения.В предлагаемом устройстве имеется петля обратной связи. Однако здесь она охватывает преобразователь 13 перемещений, усилитель 19 компаратор 9 токов. Подобная структура устройства позволяет поддерживать постоянным по амплитуде и фазе суммарный ток Э дифференциальных электродов 15 и 16 преобразователя 13 перемещений независимо от вариации его геометрических и электрических характеристик.функционирование усилителя 19 описывается формулой где Ос, К, Э - соответственно выходное напряжение, коэффициент передачии входной ток усилителя. Равенство м.дсобмоток компаратора 9 токов имеет вид где О - напряжение, действующее нанерегулируемой обмотке 3 трансформатора напряжения;Уп - эквивалентная емкостная проводимость между потенциальным и токовыми электродами преобразователя, равная У "О) (С +Вс) 4) где ж - рабочая частота;Со - номинальное значение эквивалентной емкости между потенциальными и токовымиэлектродами преобразователя;ЛС - отклонение этой емкости отноминального значения, вызванное нестабильностью5 98343геометрических и электрических характеристик преобразователя.Из уравнений (3) и (4) можно определить суммарный ток дифференциальных 5 электродов преобразователя бна вход усилителя 19 и вызывает появляение на его выходе переменного напряжения, алгебраически суммируюшегося с напряжением на обмотке 3 трансформатора 1 напряжения. В результате суммарное напряжение, подаваемое на потенциальный электрод 14 преобразователя 13 изменяется, причем относительное изменение суммарного тока преобразователя оказывается значительно меньше относительного изменения параметров преобразователя.Конструкция преобразователя обеспечивает постоянство отноаеия 3.1 / 3 токов дифференциальных электродов при любом измеряемом перемещении и произвольных значениях параметров преобразователя. Это свойство преобразователя при выполнении равенства (6) означает, что токи Эи Этакже не зависят от вариации параметров преобразователя, Следовательно, в предложенном устройстве обеспечивается компенсация погрешности преобразователя. При этом соответствую шим выбором коэффициента передачи усилителя погрешность измерения может быть сведена до величины, по крайней мере, не превышаюшей погрешность известного моста. Вместе с тем в данном приборе по сравнению с известным мостом исключены такие достаточно. сложные узлы, как управляемые делители напряжения, фазочувствительный выпря- митель, вдвое сокращено число образцов вых мер емкости, что сушественно упро шает устройство. ОУ,1 О20 Еглкостный трансформаторный мост цля измерения перемещений, содержащий трансформатор напряжения, с регулируемой и нерегулируемой вторичными обмотками, первый компаратор токов, с дифференциальными, дополнительной и указательной обмотками, второй компаратор тотоков с дифференциальными и вторичной обмотками, дифференциальный емкостный преобразователь с потенциальным электродом и дифференциальными токовыми электродами, подключенными к дифференциальным обмоткам первого компаратора токов, первую образцовую меру емкости, включенную между регулируемой обмоткой трансформатора напряжения и дополнитель . ной обмоткой первого компаратора токов, указатель равновесия, подключенный к обмотке этого компаратора, усилитель, вход которого подключен к вторичной 3 6 О3+Е п 6 и., С1+ -пчК где Чо - проводимость образцовой меры 20 еМкости, При достаточно большом кокоэффициенте передачи усилителя справедлювы следующие приближенные равенства 15 т.е, ток Э, проходяший через преобразователь, практически не зависит от его характеристик, а определяется напряжением питания моста и величиной образцовой меры 20 емкости. 25Устройство работает следуюшим образом.Измеряемое перемешение линейно преобразуется в дифференциальном емкостном преобразователе 13 в электрические ЗО токи, поступающие на дифференциальные обмотки 5 и 6 компаратора 4 токов. Под действием этих токов в указательной обмотке 8 компаратора 4 возникает ток, неравновесия, обуславливаюший переклю- З 5 чение числа витков обмотки 2 трансформатора 1 напряжения посредством указателя 10 равновесия. Регулирование числа витков производится до уравновешивания ампервитков обмоток 5, 6 и 7 4 О компаратора 4 токов. В момент равновесия, фиксируемого указателем 18 равновесия, число витков обмотки 2 пропорционально измеряемому перемешению.Суммарный ток преобразователя 13 через 45 обмотки 5 и 6 подается на первую дифференциальную обмотку 10 компаратора 9 токов, по второй дифференциальной обмотке 11 которою протекает стабильный опорный ток. Величина этою тока выбирается на условия равенства ампервитков 10 и 11 при номинальном значении суммарного тока преобразователя. Отклонение реальных параметров преобразователя От их номинальных значений вызывает соответствующее изменение суммарною тока преобразователя и нарушение равенства ампервитков обмоток: 10 и 11. Образовавшийся разностный ток подается формула изобретенияСоставитель Я, Николаедактор П, Коссей Техред Е,Харитончик Кректор В. Бутяга 9887/48 Тираж 614 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113038, Москва, Ж, Раушская набд. 4/8 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 МЭ 439 8обмотке второго компаратора токов, вто- ки трансформатора напряжения и потенрую образцовую меру емкости, подключен циальным электродом преобразователя ную к нерегулируемой обмотке трансфор- перемещения.матора напряжения и к одной из диффе- Источники информации, ренциальных обмоток второго компарато-принятые во внимание при экспертизе ра токов, другая дифференциальная обмозь. Авторское свидетельство СССР ка которого включена последовательно с М 628128, кл. 6 01.В 7/00, 1977. дифференциальными обмотками первого 2, Авторское свидетельство СССР компаратора токов, о т л и ч а ю щ и й - % 727978, кл.01 В 7/00, 1978, с я тем, что, с целью упрощения, выход 10 3. Авторское свидетельство СССР усилителя включен между потенциальным % 768643, кл. 6 01 В 7/00, 1978 выходом нерегурируемой вторичной обмот; (прототип).