Емкостный трансформаторный мост для измерения перемещений

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<а983439

Союэ Советски к

Соцналнстнчесинк республик (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (51) М. К. т.

G 01 В 7/00 (22) Заявлено 13.02.79(2l ) 2723594/18-,28 с присоединением заявки М Вмударатаевыв квинтет

СССР до делан ваееретенвв н вткрытвв (23) П рнорнтет (®) ЮК 531.717 (088.8) r

ОпУбликовано 23.12.82. Бюллетень Ph 47

Дата опублнкованн» описания 23.12.82 (72) Авторы нэобретення

-Ф. Б. Гриневич, .М. Н. Сурду и Г. И. Бойченко

Институт электродинамики АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) ЕМКОСТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕШЕНИЙ

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 указательравновесия (1) и (2 ) .

Недостатком данных устройств является недостаточно высокая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущ15 ности к изобретению является емкостиый трансформаторный мост для измерения перемещений, содержащий транс-. форматор напряжения с регулируемой и йерегулируемой вторичными обмотками, первый ком-2о паратор токов с дифференциальными, дополнительной и указательной обмотками; второй компаратор токов с дифференциальными у âT0ðè÷Hîé обмотками, дифференциальный

2 емкостный преобразователь с потенциал ным электродом н дифференциальными токовыми электродами, подключенными к дифференциальным обмоткам первого компаратора токов, первую образцовую меру емкости, включенную между регулируемой обмоткой трансформатора напряжения и дополнительной обмоткой первого компаратора токов, указатель равновесии, подключенный к обмотке этого компаратора, усилитель, вход которого подключен к вторичной обмотке второго компаратора токов, вторую образцовую меру емкости, подключенную к нерегулируемой обмотке трансформатора напряжения и к одной из дифференциальных обмоток второго компаратора токов, другая дифференциаль ная обмотка которого включена после довательно с дифференциальными обмот- ками первого компаратора токов. Кроме того, мост содержит последовательно соедйненные управляемый. делитель напряжения и третью образцовую меру емкости, включенные параллельно первой

98343

"мс = Ь (- ) 5 ".5 Е "ч ь 6 где 3< — ток, протекающий в цепи, образцовой меры 20 емкости;

35 и - количество витков обмоток 11, 12, 10 соответственно.

Суммарный ток 3 ; равен

3 образцовой 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- 0 тичный первому, и четвертую образцовую меру емкости, которая подключена к дополнительной обмотке второго компаратора токов, а выход усилителя подключен ко входу фазочувствительного выпрями- 15 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.

Е1ель изобретения — упрощение устройства. 25

Указанная 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 нереi óëèðóåìîé 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

g указательной обмотке 8 этого компаратора, усилитель 19, вход которого подключен к вторичной обмотке 12 компаратора 9 токов, причем дифференциальные

55 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 3 дифференциальных электродов 15 и 16 преобразователя 13 перемещений независимо от вариации его геометрических и электрических характеристик.

Функционирование усилителя 19 описывается формулой где U, K, ЭЬ вЂ” соответственно выходное напряжение, коэффициент передачи и входной ток усилителя. Равенство м.дс обмоток компаратора 9 токов имеет вид

3 (+ U JY„, (З) где 0 — напряжение, действующее на нерегулируемой обмотке 3 трансформатора напряжения;

Yп - эквивалентная емкостная проводимость между потенциаль ным и токовыми электродами преобразователя, равная

У = м) (с +Вс), (4) где ж — рабочая частота;

Со - номинальное значение эквивалентной емкости между потенциальными и токовыми электродами преобразователя;

ЛС - отклонение этой емкости от номинального значения, вызванное нестабильностью

5 98343 геометрических и электрических характеристик преобразователя.

Из уравнений (3) и (4) можно определить суммарный ток дифференциальных 5 электродов преобразователя

9 б на 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 отноа е..H$i 3.1 / 3 токов дифференциальных электродов при любом измеряемом перемешении и произвольных значениях параметров преобразователя. Это свойство преобразователя при выполнении равенства (6) означает, что токи Э„и 3 также не зависят от вариации параметров преобразователя, Следовательно, в предложенном устройстве обеспечивается компенсация погрешности преобразователя. При этом соответствую- . щим 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 образцс— вь!х мер емкости, что сушественно упро шает устройство. и — VY, 0

1О (s) 6 О

+ и-, Х

1>—

П1 Ч К

Еглкостный трансформаторный мост для измерения перемешений, содержаший 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 где Чо — проводимость образцовой меры

20 еЪакости . При достаточно большом кокоэффициенте передачи усилителя справедливы следующие приближенные равенства

= — ОЧ $ 1 -— — (= — 0ЧО, (Ц

Яп о1 п Ч (n„ т.е. ток 3, проходяший через преобразователь, практически не зависит от его характеристик, а определяется напряжением питания моста и величиной образцовой меры 20 емкости. 25

Устройство работает следуюшим образом.

Измеряемое перемешение линейно преобразуется в дифференциальном емкостном преобразователе 13 в электрические з0 токи, лоступаюшие на дифференциальные обмотки 5 и 6 компаратора 4 токов. Под действием этих токов в указательной обмотке 8 компаратора 4 возникает ток, неравновесия, обуславливаюший переключение числа витков обмотки 2 трансформатора 1 напряжения посредством указателя 10 равновесия. Регулирование числа витков производится до уравновешивания ампервитков обмоток 5, 6 и 7 40 компаратора 4 токов. В момент равновесия, фиксируемого указателем 18 равновесия, число витков обмотки 2 пропорционально измеряемому перемешению.

Суммарный ток преобразователя 13 через es обмотки 5 и 6 подается на первую дифференциальную обмотку 10 компаратора

9 токов, по второй дифференциальной о6мотке 11 которою протекает стабильный

Опорный тОк. Величина этОГО тОка выбирается на условия равенства ампервитков

10 и 11 при номинальном значении суммарного тока преобразователя. Отклонение реальных параметров преобразователя от их номинальных значений вызывает 55 соответствуюшее изменение суммарною тока преобразователя и нарушение равенства ампервитков обмоток: 10 и 11, Образовавшийся раэностный ток подается

Формула изобретения

7 МЭ439 8 обмотке второго компаратора токов, вто- ки трансформатора напряжения и потеирую 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 обмоз 1. Авторское свидетельство СССР ка которого включена последовательно с ¹ 625128. кл. G 01.В 7/ОО, 1977. дифференциальными обмотками первого 2. Авторское свидетельство СССР компаратора токов, о т л и ч а ю щ и и - № 727975, кл. 4 01 В 7/00, 1978, с я тем, что, с целью упрощения, выход 10 3. Авторское свидетельство СССР усилителя включен между потенциальным № 765643, кл. G 01 В 7/00, 1978 выходом нерегурируемой вторичной обмот; (прототип).

Составитель Я, Николаев .

Редактор П, Коссей Техред Е.Харитончик Корректор В. Бутяга

Заказ 9887/45 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4