Емкостный первичный преобразователь диаметра проволоки

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения диаметра проволоки с помощью емкостного преобразователя, содержащего металлический заземленный экран 1 прямоугольного сечения, внутри которого параллельно одной из граней размещен низкопотенциальный электрод 2 в виде пластины, отделенной от экрана слоем диэлектрика 3. На одинаковом расстоянии от краев и углов экрана, ограничивающих его противоположную грань, помещен высокопотенциальный электрод - измеряемая проволока 5, изолированная от этой грани нанесенным на нее полупроводниковым покрытием 4. Покрытие является проницаемым для электрического поля, что обеспечивает более высокую его равномерность и, как следствие, уменьшение нелинейности характеристики преобразования. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51)4 С 01 В 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРь тиям

ПРИ Il+IT СССР

1 (21) 4372233/25-28 (гг) 02.02.88 (46) 23.10.89. Бюл. Л 39 (72) M.Ì.Ãîðáîâ, Н.Г.Струнский и В.И.Горшенев (53) 621 ° 317.39:531 ° 71 (088.8) (56) А.Л.Грохольский и др. Измерение, контроль, автоматизация. - М., ЦНИИТЭИ приборостроения, 1978, 1" 3, с. 19-24. (54) ЕМКОСТНЫЙ ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДИАМЕТРА ПРОВОЛОКИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретенияповышение точности измерения диаметра проволоки с помощью емкостного

2 преобразователя, содержащего металлический заземленный экран 1 прямо.угольного сечения, внутри которого параллельно одной из граней размещен низкопотенциальный электрод 2 в виде пластины, отделенной от экрана слоем диэлектрика 3. На одинаковом расстоянии от краев и углов экрана, ограничивающих его противоположную грань, помещен высокопотенциальный электрод измеряемая проволока 5, изолированная от этой грани нанесенным на нее полупроводниковым покрытием.4. Покрытие является проницаемым для электрического поля, что обеспечивает более высокую его равномерность и, как следствие, уменьшение нелинейности характеристики преобразования. 4 ил.

1516755

Изобретение относится к измери-. тельной технике и может быть использовано для измерения диаметра прово.; локи в устройствах для приемочного контроля диаметра проволоки, не имеющей постоянного заземления.

Целью изобретения является повышение точности емкостного преобразователя диаметра за счет уменьшения погрешности от нелинейности статической характеристики преобразования.

На фиг.1 изображена конструкция первичного емкостного преобразователя диаметра проволоки; на фиг.2 и 3 то же, в поперечном сечении с иэображением картины электрического поля при контроле проволоки с круглым и тонким прямоугольным сечением соответственно; на фиг.4 - измерительная схема для включения емкостного преобразователя, вариант.

Емкостный первичный преобразователь содержит заземленный металлический экран 1 прямоугольного сечения, на одной из внутренних граней которого закреплен ниэкопотенциальный электрод, выполненный в виде метал,лической пластины 2, которая отделена от экрана слоем диэлектрика 3. На противолежащую ниэкопотенциальному электроду внутреннюю грань экрана 1 нанесено полупроводниковое покрытие воэде которого размещен высокопотенциальный электрод, функции которого выполняет измеряемая проволока

5. Она размещается на одинаковых расстояних от краев пластин 2, а также от углов экрана, ограничивающих эту грань, Высокопотенциальный электрод преобразователя подключен к выводу плечевой обмотки трансформатора 6, образующего два плеча уравновешенного трансформаторного моста, питаемого от источника 7 и содержащего в другом плече эталонный конденсатор

8 переменной емкости, с помощью которого осуществляется балансировка мостовой схемы измерения. В выходную диагональ этой схемы включен индикатор 9 нуля.

Преобразователь работает следующим образом.

При введении проволоки 5 в первичный преобразователь происходит разбаланс моста. Конденсатором 8 переменной емкости мост балансируется, и по шкале, отградуированной в единицах измеряемой величины, определяют диаметр проволоки °

В данной схеме измерения паразитные емкости шунтированы трансформато5 ром 6 или индикатором 9 и не влияют на точность измерения °

Для измерения емкости первичного преобразователя можно использовать также любой другой автоматический мост, измеряющий емкости трехэлектродных конденсаторов и имеющий соответствующие диапазоны измерения и точность.

Поскольку разность длин экрана

1 и пластины 2 в направлении оси проволоки в несколько раз превышает высоту экрана, а толщина пластины 2 и проволоки 5 мала, то поле в первичном преобразователе можно считать. плоскопараллельным (фиг.2 и 3). При этом емкость С первичного преобразователя (на единицу длины) при услоd В вии, что — «1, а — >>1, а также без

25 учета сопротивления покрытия, определяется по приближенной формуле

С=ИЬ °

d (1)

30 где и — диаметр проволоки.

h — - расстояние между центром проволоки и поверхностью ниэкопотенциального электрода;

 — ширина пластины низкопотенциального электрода;

Е - диэлектрическая проницаемость, среды между электродами первичного преобразователя.

Как видно из (1), статическая

40 характеристика преобразования практически линейна., и при d/h (0,1 и

s/h 4 относительная погрешность измерения емкости не превышает 1,34.

od

45 Предельная погрещность — свяД эанная с нелинейностью статической характеристики первичного преобра" зования, определяется выражением

50 — =083—

ad d>

Д h2 т.е. имеет второй порядок малости.

Для пояснения физических основ линейности статической характеристики первичного преобразователя с по- > лупроводни ковым покрытием меняют между собой потенциалы на пластине

2 и проволоке 5. При этом емкость

С первичного преобразователя не из55

6 ля в первичном преобразователе (линейную зависимость емкости от диаметра проволоки), обеспечивает повышение сопротивления нагрузки источйика и .соответственно уменьшение потребляемой мощности.

Наличие полупроводникового покрытия вносит незначительную погрешность преобразования, так как действующая емкость С первичного преобразователя при последовательном соединении емкости С первичного преобразователя и активного сопротивления К полупроводникового покрытия между проволокой и экраном на частоте Г питающего напряжения определяется по формуле

С

9 1 + (2ИСК)

5 15167 меняется. Тогда при малом диаметре проволоки 5 и достаточно большой ширине В пластины электростатическое поле в первичном преобразователе (фиг.2) близко к однородному с не5 эначител ьной деформа цией его только в области, непосредственно примыкающей к измеряемой проволоке, так как электрическое поле проникает 10 в тело покрытия. Поэтому увеличение диаметра d измеряемой проволоки 5 приводит к пропорциональному увеличению потока вектора электрического смещения, замыкающегося на проволоку, и следовательно к пропорциональному повышению емкости С преобразователя.

Указанный эффект особенно наглядно проявляется для проволоки, имеющей 20 прямоугольное сечение с малой толщиной. В этом случае электростатическое поле в первичном преобразователе (фиг.3) практически однородное, и емкость С определяется как ем- 25 кость плоского конденсатора, т.е. характеризуется линейной зависимостью от ширины проволоки.

Относительная погрешность ай/d первичного преобразователя, связанная с аЕ изменением -- диэлектрической прониЕ цаемости окружающей среды, определяется выражением

dd йЕ

35 т.е, указанная погрешность преобразования. в данном первичном преобразова4h теле в ln — раза меньше, чем в иэd

d вестном. Если, например, — < 0,025, то эффект повышения точности преобразования увеличивается более, чем в

5 раэ. 45

В случае размещения измеряемой проволоки 5 непосредственно на экране сопротивление между проволокой и экраном близко к нулю, что требует от источника 7 питания с мощностью, 50 стремящейся к бесконечности. Размещение проволоки 5 вблизи экрана 1 с изоляцией от последнего любым способом практически не дает эффекта из-за неоднородности поля.и, как следствие, 55 логарифмической зависимости емкости от диаметра проволоки. Поэтому введение полупроводникового покрытия, . сохраняя практически однородность поdd а погрешность преобразования --, связанная с конечным значением R, равна

dd (2ЙСЕ) 2 .

Полупроводниковое покрытие 4 следует выполнять из материалов, имеющих высокую твердость и износостойкость, например иэ бора.

Если выбрать толщину покрытия из бора, равной 50 мкм, то при d= 0,5 мм, Ь = 20 мм, длине пластины 2, равной 5 см, f = 100 кГц значения

С = 0,035 пф, R = 100 кОм, a — =

dd

= 0,0053.

Таким образом, выбором материала покрытия и частоты питающего напряжения всегда можно свести к пренебрежимо малому значению погрешность первичного преобразователя, обуслойленную полупроводниковым покрытием, и вместе с тем значительно уменьшить нагрузку на источник питания.

Таким образом, емкостный первичный преобразователь данного типа имеет большую точность преобразования (при d/Ь < 0,025 более, чем в 5 раэ) эа счет уменьшения погрешности, связанной с изменением диэлектрической проницаемости окружающей среды, и более чем на порядок меньшую погрешность преобразования от нелинейности статической характеристики первичного преобразователя.

Формула и з о б р е т е н и я

Емкостный первичный преобразователь диаметра проволоки, содержащий

1516755

Составитель С.Скрыпник

Техред JI.Олийнык Корректор M.Ùàðîøè

Редактор Н.Гунько ю»

Заказ 6371/37 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород„ ул. Гагарина, 101 металлический экран прямоугольного сечения, закрепленный на одной из его внутренних граней низкопотенциальный электрод в виде пластины, от деленной от экрана слоем диэлектрика, и высокопотенциальный электрод, размещенный возле противолежащей внутренней грани экрана на одинаковых расстояниях от краев пластины, а также от углов экрана, ограничивающего эту грань, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, на противолежащую внутреннюю грань экрана нанесено полупроводниковое покрытие.