Емкостной преобразователь угловых перемещений с переменным зазором

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет определять с повышенной точностью стабильность заданных углов во времени или их вариации под влиянием внешних факторов при использовании емкостного преобразователя угловых перемеш,ений с переменным зазором. Этот преобразователь содержит подвижный электрод в виде клина с двумя проводящими гранями, установленный между двумя неподвижными электродами с возможностью врашения вокруг их общей оси. Обе проводящие грани клинообразного подвижного электрода электрически соединены и подключены к входу детектора равновесия мостовой схемы измерения емкостного сопротивления преобразователя. Выход детектора подключен к подвижному контакту регулируемой вторичной обмотки питающего трансформатора , намотанной обмотке этого трансформатора, имеющей неизменное число витков и подключенной к неподвижным электродам емкостного датчика угла. При изменении углового положения подвижного электрода нарушается баланс мостовой схемы измерения, который восстанавливается по сигналу детектора равновесия путем изменения числа витков вторичной обмотки питающего трансформатора. Точность и временная стабильность емкостного преобразователя с переменным зазором обусловлены тем, что его выходной сигнал зависит лишь от трех достаточно стабильных и определяемых с высокой точностью величин: чисел витков вторичных обмоток питающего трансформатора и заданного угла установки двух йеподйижных электродов емкостного датчика угла. 1 ил. б (Л to 4 со СА;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСК,Х

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1249319 (51) 4 G 01 В 7/30 к 1 с (уъи .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3853712/25-28 (22) 11.02.85 (46) 07.08.86. Бюл. № 29 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) Ф. Б. Гриневич (53) 621.317.39:531.717 (088.8) (56) Гриневич Ф. Б. и др. Трансформаторные измерительные мосты. — М.: Энергия, 1970, с. 280.

Авторское свидетельство СССР № 1185069, кл. G 01 В 7/30, 1984. (54) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С ПЕРЕМЕННЫМ ЗАЗОРОМ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет определять с повышенной точностью стабильность заданных углов во времени или их вариации под влиянием внешних факторов при использовании емкостного преобразователя угловых перемещений с переменным зазором. Этот преобразователь содержит подвижный электрод в виде клина с двумя проводящими гранями, установленный между двумя неподвижными электродами с возможностью вращения вокруг их общей оси. Обе проводящие грани клинообразного подвижного электрода электрически соединены и подключены к входу детектора равновесия мостовой схемы измерения емкостного сопротивления преобразователя. Выход детектора подключен к подвижному контакту регулируемой вторичной обмотки питающего трансформатора, намотанной обмотке этого трансформатора, имеющей неизменное число витков и подключенной к неподвижным электродам емкостного датчика угла. При изменении углового положения подвижного электрода нарушается баланс мостовой схемы измерения, который восстанавливается по сигналу детектора равновесия путем изменения числа витков вторичной обмотки питающего трансформатора. Точность и временная стабильность емкостного преобразователя с переменным зазором обусловлены тем, что его выходной сигнал зависит лишь от трех достаточно стабильных и определяемых с высокой точностью величин: чисел витков вторичных обмоток питающего трансформатора и заданного угпа установки двух йеподВижных электродов емкостного датчика угла. 1 ил.

1249319

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях техники и промышленного производства для измерения угловых перемещений, определения стабильности заданных углов во времени или их вариаций под влиянием внешних факторов.

Цель изобретения — повышение точности преобразования путем исключения влияния диэлектрической проницаемости среды в межэлектродном пространстве емкостного преобразователя и исключения влияния нестабильности емкости образцового конденсатора, включенного в мостовую схему измерения и преобразования сигнала емкостного преобразователя.

На чертеже представлена принципиальная схема емкостного преобразователя угловых перемещений с переменным зазором.

Преобразователь содержит емкостный датчик угла с двумя плоскими неподвижными электродами 1 и 2, закрепленными на изоляционных пластинах 3 и 4 под углом один к другому и имеющими общую ось 5 вращения, центральная линия 6 которой совмещена с линией пересечения плоскостей, являющихся продолжением активных внутренних поверхностей 7 и 8 электродов 1 и 2, и расположена на одинаковом от них расстоянии. Электроды 1 и 2 экранированы снаружи путем, например, металлизации поверхности несущих пластин 3 и 4 и формирования на них экранов 9 и 10.

Между неподвижными электродами 1 и 2 установлен с возможностью углового перемещения относительно общей оси 5 вращения, третий электрод 11, выполненный в виде клина с двумя проводящими активными поверхностями 12 и 13, линия пересечения продолжения плоскостей которых совмещена с центральной линией б этой оси. Активные поверхности 12 и 13 клинообразного подвижного электрода 11 окружены охранными электродами 14 — 17, соединенными с земляной шиной, и электрически связаны между собой перемычкой 18, подключенной к входу детектора 19 равновесия мостовой схемы измерения емкостного сопротивления датчика угла.

Два плеча этой схемы образованы двумя вторичными обмотками 20 и 21 питающего трансформатора 22, первая из которых выполнена с неизменным, а вторая — с регулируемым числом витков. Выводы первой обмотки 20 трансформатора подключены к неподвижным электродам и 2 емкостного датчика угла, причем один из этих выводов подключен также и к регулируемому отводу второй вторичной обмотки

21 питающего трансформатора, к которому присоединен также детектор 19 равновесия мостовой схемы, управляющий коммутацией витков регулируемой обмотки 21. Направление намотки обмотки 21 встречно направле(!) гб ь е сСр ()

rS — круговая частота напряжения питания схемы измерения; — диэлектрическая проницаемость межэлектродной среды;

 — ширина активной поверхности электродов датчика; гН и rb — расстояние до наружного и внутреннего краев активных поверхностей электрода 11 датчика.

Условие равновесия мостовой схемы из40 мерения определяется соотношением

Х с где

Хс Цсс (3)

Х го — n qq где п — количество включенных витков регулируемой вторичной обмотки 21, питающего трансформатор 23; п — общее количество витков обмотки 20 этого трансформатора.

Согласно равенствам (1) — (3) измеряемый угол к1 поворота определяется соотно50 шеи нем

C(J g

1 "и 1120 (4) Так как для данной конструкции

= const, то угол а,, как это следует из равенства (4), является однозначной и линейнои функцией количества включенных витков 21 регулируемой вторичной обмотки питающего трансформатора. нию намотки обмотки 20, благодами чему обеспечивается их встречно последовательное соединение. Два других плеча мостовой схемы измерения образованы емкостями С и С между активными проводящими поверхностями электродов 1,11 и 2,11 соответственно, величины которых определяются углами (, и с, между этими электродами.

Преобразователь работает следующим образом.

Пусть в начальном положении мостовая схема измерения находится в равновесии.

При вращении клинообразного подвижного электрода 1, связываемого с объектом контроля (не показан), например, против часовой стрелки, угол с, увеличивается, а угол уменьшается. Соответственно емкостное сопротивление Хс, возрастает, емкостное Хс уменьшается. По сигналу детектора 19 равновесия обеспечивается коммутация витков, регулируемой обмотки 21, так что восстанавливается равновесие мостовой схемы измерения. По количеству включенных витков обмотки 21 определяют угловое перемещение электрода 11, соответствующее угл у ь

Согласно теореме Гаусса емкостные со25 противления Х «и Х равны

1249319

Формула изобретения

Составитель С. Скрипник

Редактор М. Бланар Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Заказ 4223/40 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, % — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Преимуществом емкостного преобразователя угловых перемещений предлагаемой конструкции является повышенная точность измерения и независимость показаний от дестабилизирующих факторов, так как согласно приведенной функции (4) преобразования измеряемый угол (зависит лишь от трех достаточно стабильных величин: чисел витков двух обмоток и заданного угла установки двух неподвижных электродов, который может быть определен с высокой точ- 10 ностью. При обеспечении тесной индуктивной связи между обеими вторичными обмотками питающего трансформатора, входящего в мостовую измерительную цепь, отношение их витков и снимаемых с них напряжений, выполняется с точностью до

0,001 — 0,002о/о. Ввиду этого точность и временная стабильность предлагаемого емкостного преобразователя повышается по сравнению с известными в 3 — 5 раз.

Е м костной п рео 6 р а зов а тел ь у гл о вы х перемещений с переменным зазором, содержащий емкостный датчик угла с двумя плоскими экранированными снаружи электродами, установленными под углом один к другому и имеющими общую ось вращения, центральная линия которой совмещена с линией пересечения плоскостей, являющихся продолжением активных внутренних поверхностей электродов, и расположена на одинаковом от них расстоянии, и мостовую схему измерения емкостного сопротивления датчика, включающую в себя питающий трансформатор с двумя вторичными обмотками, первая из которых выполнена с неизменным, а вторая — с регулируемым числом витков, и подключенный к выводу второй обмотки детектор равновесия мостовой схемы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, он снабжен третьим электродом, установленным с возможностью углового перемещения относительно общей оси вращения и выполненным в виде клина с двумя проводящими активными поверхностями, линия пересечения продолжения плоскостей которых совмещена с центральной линией этой оси, первые два электрода закреплены неподвижно и подключены к выводам первой вторичной обмотки, один из которых присоединен также к регулируемому отводу второй вторичной обмотки, выполненной с встречным направлением намотки, а обе проводящие активные поверхности третьего электрода электрически соединены и подключены к входу детектора равновесия.