DE1448744B2 - Vorrichtung zur messung von geradlinigen oder winkelmaessigen verschiebungen - Google Patents

Description

Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte einfache Nachweisanordnung, wie sie herkömmlicherweise verwendet wird, ist bei geringen Werten der Kapazität ungenügend.

Wird eine Diode 2 zugefügt, wie das aus F i g. 2 ersichtlich ist, so werden die nachteiligen Auswirkungen der parasitären Kapazität der Diode 1 unterbunden und gewährleistet, daß der sekundäre Belag 3 der Kapazität C sich in die Diode 1 entlädt, was bei der Anordnung gemäß F i g. 1 nicht der Fall ist, wo dieser Belag sich so aufladen kann, daß keine Gleichstromkomponente an die weiter folgende Schaltung übertragen wird. Die Diode 2 erfüllt einerseits die Aufgabe, den von der Kapazität der Diode 1 herrührenden parasitären Strom während der Halbwelle, in welcher die Diode 1 gesperrt ist, an Masse abzuleiten; zum anderen erfüllt sie die Aufgabe, dem Sekundärbelag 3 eine geeignete Polarisation zu erteilen. Diese entspricht einer der Kapazität C proportionalen Gleichstromkomponente, wenn an die Kapazität C eine Potentialdifferenz von konstanter Amplitude und konstanter Frequenz angelegt wird und wenn außerdem die äußere Belastung an der Diode 1 ebenfalls konstante Impedanz besitzt.

Es ist daher vorzuziehen, daß an den Primärbelag 4 eine hohe hochfrequente Wechselspannung angelegt wird, deren Amplitude und Frequenz gut stabilisiert sind, und daß der Sekundärbelag auf einem demgegenüber schwachen Potential verbleibt; dies führt dazu, die Last je nach den Erfordernissen richtig einzustellen: Eine Erhöhung der Last bedeutet eine Verbesserung der Linearität, jedoch eine Verminderung der Spannungsempfindlichkeit und umgekehrt. F i g. 3 zeigt eine auf Grund der vorstehenden Überlegungen ausgebildete Vorrichtung zusammen mit der Differenzkapazitätsanordnung. Da die beiden miteinander verbundenen Nachweisvorgänge entgegengesetzt gerichtet sind, ist das am Ausgang erhaltene Gleichstromsignal proportional der Differenz der beiden Kapazitäten C₁ und C₂, und damit direkt proportional der untersuchten Verschiebung.

Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die Dioden 1 (Fig. 3) in Reihe liegen; da diese Dioden keine vollkommenen Ventile darstellen, äußern sie sich in einer Beeinträchtigung der Linearität der genannten Vorrichtung.

Indem man einen geringfügigen Verlust an der am Ausgang der Nachweisvorrichtung verfügbaren Leistung in Kauf nimmt, läßt sich diese in ihrer Bedeutung wesentliche Linearität in vielen Fällen dadurch verbessern, daß man die Dioden durch geeignete in Abhängigkeit von der äußeren Last gewählte Widerstände 5 ersetzt. Eine Vorrichtung dieser Art ist in F i g. 4 dargestellt und ist wegen der mit ihr erzielbaren außerordentlich hohen Linearität vorzuziehen.

In vielen Fällen ist es aus Gründen der thermischen Umgebung oder des zur Verfugung stehenden Raumes erwünscht, den Hochfrequenzoszillator und die Nachweisvorrichtung, die auf Temperaturschwankungen empfindlicher sind als die veränderlichen Kapazitäten, vom Meßpunkt entfernt anzuordnen. Dies wird, wie aus F i g. 5 ersichtlich, durch Verwendung einer Primärleitung 6 und zweier Sekundärleitungen 7 ermöglicht, die für die verwendete Frequenz in Resonanz stehen; die Erfahrung hat geneigt, daß diese Leitungen die Qualität der Messung nicht beeinträchtigen und im allgemeinen nur vernachlässigbare Fehler bedingen. Die Widerstände 8 und die Kondensatoren 9 können zu besseren Resonanzabstimmung der Leitungen 7 und zur Einstellung der Empfindlichkeit der Vorrichtung vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Messung von geradlinigen oder winkelmäßigen Verschiebungen und Schwingungen, bei der zwei geometrisch identische Kondensatoren derart angeordnet sind, daß sich ihre Kapazitäten in Abhängigkeit von der zu messenden Verschiebung linear und in entgegengesetztem Sinn verändern und von denen je ein erster Anschluß miteinander verbunden ist, während der andere Anschluß jedes der beiden Kondensatoren mit je einer Elektrode eines Gleichrichters verbunden ist, während die anderen Elektroden der beiden Gleichrichter, die einander entgegengesetzte Polarität aufweisen, ebenfalls miteinander verbunden sind und wobei eine Hochfrequenzspeisespannungsquelle einerseits mit dem Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter und andererseits mit dem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren verbunden ist und zwei gleiche, in Reihe zueinander geschaltete Widerstände, an deren gemeinsamer Verbindungsstelle eine Ausgangsspannung gegen Erde erzeugt wird, mit den Verbindungsstellen von je einem Gleichrichter und einem Kondensator verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter (2) geerdet ist und daß zwischen den Verbindungspunkten der beiden Widerstände (5) und Erde ein weiterer Kondensator und parallel hierzu ein Widerstand geschaltet ist.

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   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von geradlinigen oder winkelmäßigen Verschiebungen und Schwingungen, bei der zwei geometrisch identische Kondensatoren derart angeordnet sind, daß sich ihre Kapazitäten in Abhängigkeit von der zu messenden Verschiebung linear und in entgegengesetztem Sinn verändern und von denen je ein erster Anschluß miteinander verbunden ist, während der andere Anschluß jedes der beiden Kondensatoren mit je einer Elektrode eines Gleichrichters verbunden ist, während die anderen Elektroden der beiden Gleichrichter, die einander entgegengesetzte Polarität aufweisen, ebenfalls miteinander verbunden sind und wobei eine Hochfrequenzspeisespannungsquelle einerseits mit dem Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter und andererseits mit dem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren verbunden ist und zwei gleiche, in Reihe zueinander geschaltete Widerstände, an deren gemeinsamer Verbindungsstelle eine Ausgangsspannung gegen Erde erzeugt wird, mit den Verbindungsstellen von je einem Gleichrichter und einem Kondensator verbunden sind.

   Aus dem Buch von Grave, »Elektrische Messung nichtelektrischer Größen«, Leipzig, 1962, S. 28 bis 30 und S. 128 bis 130, ist es bereits prinzipiell bekannt, zur Messung linearer Verschiebungen einen Differentialkondensator zu verwenden. Die Messung der Kapazitätsänderung erfolgt mit Hilfe einer Meßbrücke. Nachteilig hieran ist jedoch die mangelnde Linearität des Zusammenhangs zwischen Meßgröße und Anzeige.

   Aus der USA.-Patentschrift 2 766 428 ist ein insbesondere als Feuchtigkeitsmesser geeignetes Kapazitätsmeßgerät bekannt, bei dem eine Elektrode des zu messenden Kondensators mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden ist, während die zweite Elektrode über zwei in parallelen Zweigen liegende aber entgegengesetzt gepolte Dioden mit dem zweiten Pol des Hochfrequenzgenerators verbunden ist. In Serie zu einer der Dioden ist ein Meßgerät geschaltet. Diese Serienschaltung führt auf Grund der Nichtlinearität der Dioden wiederum zu einer Nichtlinearität des Meßgeräts. .·.,.

   Aus der USA.-Patentschrift 3 012 192 ist ferner eine Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen bekannt aus einem Differentialkondensator mit geerdeter Mittelplatte, dessen Außenplatten einerseits mit je einem Gleichrichter verbunden sind und andererseits mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen verbunden sind. Auch die beiden Gleichrichter sind in Reihe geschaltet. Zwischen den Verbindungspunkten der beiden Gleichrichter und Erde ist eine Hochfrequenzspeisespannungsquelle geschaltet, während zwischen den Verbindungspunkten der bei- ('■ den Widerstände und Erde ein Meßinstrument liegt. Die Entlade-Zeitkonstante hängt hierbei von der Größe der eingestellten Werte des Differentialkondensators ab.

   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die weitgehend linear ist und bei dem die Entlade-Zeitkonstante unveränderlich ist.

   Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter geerdet ist und daß zwischen den Verbindungspunkten der beiden Widerstände und Erde ein weiterer Kondensator und parallel hierzu ein Widerstand geschaltet ist.

   Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung vereinigt ausgezeichnete Linearität mit weitgehender Unabhängigkeit der Entlade-Zeitkonstante von der jeweiligen Größe der beiden Meßkapazitäten.

   Die Erfindung kann zum Messen von Verschiebungen innerhalb eines weiten Bereiches, der von Mikron bis Zentimeter und darüber hinaus reichen kann, verwendet werden. Sie ist insbesondere zur Untersuchung oder Messung statischer oder dynamischer Materialverformungen sowie für Schwingungsuntersuchungen an Maschinenteilen geeignet.

   Kondensatoren dieses Typs lassen sich zwar aus technologischen Gründen nur mit kleinen Kapazitätswerten in der Größenordnung von Picofarad herstellen; jedoch kann man die in elektrischer Form erhaltene Information ganz wesentlich dadurch erhöhen, daß man einen Hochfrequenzstrom mit einer _; Frequenz von mehreren 10 Megahertz verwendet, für welchen die Impedanz der Kapazitäten sich ganz erheblich verringert.

   An Hand der Figuren werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

   Fig. 1 zeigt eine einfache Nachweisvorrichtung;

   F i g. 2 zeigt eine doppelte Nachweisvorrichtung,

   Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Form der Nachweisvorrichtung nach F i g. 2;

   F i g. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

   F i g. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei der die veränderlichen Kapazitäten örtlich von der Nachweisvorrichtung getrennt angeordnet sind.