Емкостной датчик

 

и» e - .- .- . о ил о и и .х ъг

ИЗОБРЕТЕНИЯ

/ 777400

Союз Советских

Соииалистических

Республик

Ф

Ф

Д е ,. i

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ I

> I

k (61) Дополнительное к авт. свид-ву —(22) Заявлено 29.12.78 (21) 2708324/18-28 (51) М. Кл. 6 01 В 7/00

G 01 В:7/30 г с присоединением заявки—

Гвсударствеиимй комитет

:I 1

"СССР

Ф (23) Приоритет—

\ (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 по делам извбретеиий и открытий (53) УДК 531.717 (088 8) (45) Дата опубликования описания 04.12.80 (54) ЕМКОСТНЬ1й ДАТЧИК

2 матической регулировки усиления, вход которой, соединен с выходом трансформатора тока, а генератор"гартионичесЖттх колебаний выполнен управляемым по амплитуде и сое-динен управляютцим входом с выходо1м це-. ли автоматйческой регулировии усиления.

С целью ттовьгшен ия помехозащищенйости, емкостный датчик снабжен .распределительньгми элемейтамм, включенными между йластина ми потенциального статора. и трансформатором питания, и экранами; охватывающими раслределИтельные элементы и пластины потенциальното статора, вторичная обмотка транофарматора питания и соединительные провода выполнены коаксиальными-проводами, оплетки. .которых сое- динены"мейд . собой,и с экранам и, а средняя точка оплетки .кОаксиального .провода вторичной обмотки трансформатора питания заземлена.

С целью повышения Пстмехоустойчйвости и линейности преобразования .между сред-ней точкой первичной обмотки трансформатора тока и землей, подключен конденсатор. — параллельно вторичной обмотке трансфор-матора тока подключен, второй конденсатор. величины их :реактивйых сопротИвлений выбраны таким образом, что они соизмеримы между собой и пренебрежимо малы в сравнении с реактивным сопроти влениеМ

Изобре ение относився к измерительной

- технике:и может быть использовано для измерения линейных и угловых йеремещений.

Известен емкостный датчик, содержащий статор и заземленный ротор (1).

Наиболее близким к изобрегению техническим решением является емкостный датчик, содержащий заземленный ротор, потенциалЬный статор с пластинами; reNe-" ратор гармонических колебаний с транс- 1о форматором питат1ия на выходе "и ВЫход- " - ную усилительно=детектирующую цепь (2).

Эти датчики имеют недостаточно высокую точность преобразо ван ия, так,как ста-, бильность преобразования существенно за- 15, висит от физико- механических и электрических свойств изолирующих мате ригалов и от стабильности монтажных и входных емкостей предусилиТеля.

Цель изобретения — повышение тбчности преобразования путем обеспечения не .,: ..;.-.-.=,зависймости крутизны преобразования ем костного датчика от физико-механических и электрических свойств изолируюЩих ма териалов и от стабильности монтажных и 25 входных емкостей схемы.

Эта цель достигается тем, что емйост.,ный датчик снабжен трансформатором тока, включенным в разрыв вторичной обмотки трансформатора питания, и цейью авто- З1 (72) Автор изобретения Д. П. Ульянов

I Ф

I (71) Заявитель Центральное конструкторское бюро уникального приборостроения научно-технического объединения АН СССР.: М:зз

ЙФ4ЙЪ . . —, - -- ° - ° . - ." -: - -, -.",. МсаееЖ- -, !

77740О

3, ° л з ! потетгцйсайлисьлногб статосраз относительно зем=- - углу поворота. Это йалряжение проходит . выходную усилительно-детектирующую

На чертеже представлена функциональ- цепь 28 и поступает на выход 29. ная схема емкостного датчйкаЛ -. " - Для исклточенйя влияния Монтажных

Емкостный датчик со гер>ки1 " Ф ейе Гатор 5 емкостей:в предлагаемом датчике все по1 гармонических колебаний,,который co- "-тетп нальные эле)ченты схемы (вторичная стоит,из включенных последовательно гене-,обмотка- трансформатора 5 питания, подво ратора 2 с сжмовЬэбуждением, реглулируго- дящие провода, рааеггределительйьстес элемейщего элемента 8 и усилителя 4 мбцгйости . ты б, 7,,пластины 10, 11, 12, 18 потенциалв-.

К выходу уйсилителя 4 мощности подклюсче- .1О .йогот смтсастора "заключены в экраны 8, 9, 14, на первичйаля обмотка йрантсформатиорас 5 15, lб, 17;и экн,ранйируюгфне оплетки втортгчпитания, втори|чная обсмотка которого через ной обмотки трансформатора 5 Питания М

I .распределительные элементьг 6; 7, гойе,:, подводящих" проводов. Равные потенциалы щейные в "экраны 8, 9, посдключена к пла-- получены с помощью намотки вторичной стинам,10, 11, 12, 18,йотенциального стато.-, i5 обмотки трансформатора 5 питания коак", ра, заключейньгм в экраны,14, 15, 1б, 17;, " спальным проводом, средняя точМа иотороВтаричная обмотка трансформатора 5 пита- . го заземлена (пгодключена к общей шиле). ния и "подключенные, между этой обмоткой Tax,êàê магнитйый поток пересекает с;рави пластинами,10, 11,,12, 18 йотекнциальйого .,-ной интенсивностью и с |равной скоростью ны коаксиальным проводом, - эк анисйфую-, внутреннюю жилу, то на вторничной обмот -ЩаиЯ" эквипотенциальнаЯ оплетка",йотОттРого с ке пРансфоРматоРа 5 пита ниЯ,й на оплетке тма сотедтиеанена,с экранами 8, 9, 14, 15, lб, 17 и индуцируются равные ЭДС.,В,связи с тем, - заземлена. Заземлена также "срЕдняя точка " гто проводимость . оплМки коакссиального, оплетки кбаксиального гтротв

, обмо гки трансфор|матора расположены вокруг ротора 18. В разрыв" ность обеспечивается лучше, чем 10, слевторичной обмотки трансформатора 5 пита-,, довательно, в 105 .раз умень1шается:комй- . ния,подключена также первичная обмот а 3р лкечггссс вгася проводямость между токонесущеи тра нсфор матора 19 тока, вторичная обмот- . - жилой и оплеткой. Таким образом, практика которого подключена,к конденсатору 20 ческн г олностью ксключается влияние мфни к цепй 21 автоматической регулйровкв:нс - " тажAbii емкостей на работу, датчика. усиления, "состоящей :ref пгоследовательйао 1ок," протекакнций через каждое riïëå÷î переменного напряжения,-детектора 28, ст -,*порциайален велйчйснте емкости плеча. Разроиства 24 сравнения с.подключенным,к не- ность токов, прбтвкайющ их через плечи мосму. йсточником 25,. стабилизироиванного йй"-" та, пропорциональна разносви емкостей . п ряжей ия и усил итеггя-интегратора 26 ио-. плеч; разность емкостей, в свою очередь, стоянного напряжения, вьтМОтд которого под- 40 пропорционалага углу поворота ротора 18. ключен, к регулирующему элементу 8,reNe-. Разйойсть токов измеряется путем вклюратора 1 гармонических колебаний. К "феда="." чения консденсатора 27 в диагональ-измери-, ней точке первичной обМотки трансформса-"" "тельйогмоа мобст@, т . е. q ñðåäíåé точке первич тора 19 тока подключеньг конденсатор 27 ной о6моткИ,трансформатора 19 тока, a и .выходная усилитетлвйо-детектирующая, 45 следовательно,;и к средней точке трансфорцепь 28, имеющая выход 29.:::- — - - -: матора 5 питания, При этом емкос гь кон.. Работает емкостный Латйтнйк e ioйщГ" . леесйсатора ас27 несоизмеримо велика (в Лесятобразом. - - "- -: " :,. ;-..: — —.,.—;; ки тысяч,раз) по сравнению с емкостью: х тор 5 питания. Две половины вторичной:об- роте ротора 18 на некоторый угол ot,на- ,мотки трансформатора 5 пИтаггйя мтй" авве" "гального"пе ос лсожения емкость одного плеча емкости, образовайные между ротором 18 и" датчика уменьшается, другого — увеличипойарно соединенйыми пластинами 10, 12 и" вается"4а равные, величины; сумйасрнаЪ- )ke

l1, 18и погейцйиального" стматаорз ат, составляют Ы емкость двух плеч .не изменяется. При вбз-измерительный, meri ipexiiëå÷èé Йолсмта," кото-: . действии влажностй или"тИаТерастурьт на т. е сс ймма емкостей между ротортом 18 "и тельйого мостта .изменяются, следовательнО, плас пинами 10,,12 равнаасумме емкостеи < изнмейцтссся сум между ротором 18 и пластинам и 11, 18 - и" 6о п)тече, а следовательно, изменится и ;разнона;конденсаторе 27, -ййтючгейтйЬФ повороте, ротора 18 на ннекото рый угол от, казакия ем костногоиа дсатчкка будут подвер-, положения равновесия йа конденсаторе 27 жены влиянию окружающей среды. Чтобы о

/

i (777400

5, .. 6 (° 1

1 (i /.

1 поддерживается постоянной (стабилизи- щ1(ю цепь, о тл и ч а ю щ ийс я тем, что, с руется) путем;изменения напряжения. пи-:...целью повышения точности"преобразования, тания датчика. Постоянство суммы токов он снабжен трансформатором тока; вклю.Обеспечивается подключением конденсатора 5 чен(ны(м в разрыв,вторичной обмотки транс- ----"- - — -" -20.к вторичной обмотке суммирующего изме- форматора питания, и,цепью автоматичес,рительного трансформатора 19 тока. Конден- j кой регулирювки усиления,:вход которой сатор 20, так же KBIK (H конденсатор 27, соединен с выходом трансформатора тока, "имеет емкость; несоизмеримо большую по а генератар гармонических,колебаний высравнению с емкостью датчика. На конден- 10 полнея управляемььм по амплитуде и соесаторе 20 напряжение пря|мо прюпорцио- динен управляющим входом с выходом цеB3. IbHo сум(ме токов, (протекающих через пи автоматической регулировки усиления. плечи моста датчика. Это напряжение по- 2. Датчик по п. 1, отличающийся ступает на цепь 21 автоматичес(кой регули- тем, что, с целью повышения помехозащировии усиления. Оно усиливается усилите- 15 .щенности, он снабжен распределительными .лем 22, детектируется детекторам 28 и по- элементами, в(ключенньтм(итмежду пластинаступает на устройство 24 сра(внения. Вы-. ми потенциального статора и трансформато. прямленное напряже(4ие, прямо пропорцйю- " ром питания, и экранами; омватываюпКими (нальное сумме тои>в плеч йоста,датчика, распределительные. элементы и пластины посравнивается с эталонным напряжением о тенциального статора, в(горичная обмотка

cTBáHëHçHðoâàítíîãо источника 25. Разность трансформатора питания (H соединительные напряжений с выхода устройства 24 сравне- провода выполнены .коаксиальными прово- н(ия через усилитель-интегратор 2б посту- да(ми, оплетки,которых соединены между пает на,регуЛврующий элемент- 3 генератю- собой и с экранами, а средняя точка оп,ра 1 гармонических, колебаний. Таким об- 25 ле 1и коаксиального провода вторичной об(разом, образован замкнутый контур, следя-. мотки трансформатора питания заземлена. щий за эталонным напряжением .стабили- 3. Датчик по п, 1, о тл ич а ю щ ий с я ,.зированного источника 25, т. е. выпрямлен- тем; что, с целью повьгшения помехоустойнбе напряжен(ие Ба;выходе детвктора 28 с чивости и линейности.преобразования, меж потрешностью — 10 4 поддерживается рав- зо ду средней точкой первичной обмотки ным напряжению стабилиз(ированного ис- трансформатора тока (и землей лодключен то (ника 2б, а следовательно, с той же тюч- .,конденсатор, параллельно вторичной об;(постыл поддерживается, постоянство оу(м(мы мотке трансформатора тока подключен втотоков и независямость ее от внешней среды. (рой:конденсатор, величиньг . их- реактивных

Емкостный датчик со стабилизацией 35(сопротивлений выбраны так|им образом, что суммы токов плеч измерительного мОста, с они саизмеримы (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 из(ме(рений. 4о

/

Источники информации, прицятыЕ во

Фо р мул а и 30 б р ете,н,и я . (внимание при экспертизе: г " " " "", " - : " 1. Ацюкоэский В. А. Бмкостные диффе1. Емкостный датчик, содвржащий за- ренциальные датчики перемещения. M., зе(мленный ротор, потенциальный статор с 45 1960, с. 25 — 90. пластинами, генератор гармонических ко- 2. Авторское свидетельство СССР лебаний с трансформатором питания на вы- № 469881, кл. G 01 В 7/30, 1976 (прототип).

1 с

Ф .1; !

1 I ! 4

Составитель A. Куликов

Редакто Г. Бельская Техред И. Заболотнова Корректор .И. Осиповская

Заказ" 1470/Й77 : йзд. Г 545 Тираж 810 . Подписное

ЙПО <Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, д. 4/5Тип. Харьк. фил. пред. <Патент>