DE1448744C - Vorrichtung zur Messung von geradlinigen oder winkelmäßigen Verschiebungen - Google Patents

Description

Die in Fig. I 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 ge- · richtet 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

ίο 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 dar.

durch 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 Verfügung stehenden Raumes erwünscht, den Hochfrequenzoszillator und die Nachweisvorrichtung, die auf Temperatur-

»5 Schwankungen 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? ermöglicht, die für die verwendete Fre-

quenz in Resonanz stehen; die Erfahrung hat gezeigt, 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 2

Aus der USA.-Patentschrift 2 766 428 ist ein ins-

Patentanspruch: besondere als Feuchtigkeitsmesser geeignetes Kapazitätsmeßgerät bekannt, bei dem eine Elektrode des zu

Vorrichtung zur Messung von geradlinigen messenden Kondensators mit einem Hochfrequenzoder winkelmäßigen Verschiebungen und Schwin- 5 generator verbunden ist, während die zweite Elekgungen, bei der zwei geometrisch identische Kon- trode über zwei in parallelen Zweigen liegende aber densatoren derart angeordnet sind, daß sich ihre entgegengesetzt gepolte Dioden mit dem zweiten Pol Kapazitäten in Abhängigkeit von der zu messen- des Hochfrequenzgenerators verbunden ist. In Serie den Verschiebung linear und in entgegengesetz- zu einer der Dioden ist ein Meßgerät geschaltet. Diese tem Sinn verändern und von denen je ein erster io Serienschaltung führt auf Grund der Nichtlinearität Anschluß miteinander verbunden ist, während der Dioden wiederum zu einer Nichtlinearität des der andere Anschluß jedes der beiden Konden- Meßgeräts.

satoren mit je einer Elektrode eines Gleichrichters ' Aus der USA.-Patentschr.ift 3 012 192 ist ferner verbunden ist, während die anderen Elektroden eine Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen der beiden Gleichrichter, die einander entgegen- 15 bekannt aus einem Differentialkondensator mit gegesetzte Polarität aufweisen, ebenfalls miteinan- erdeter Mittelplatte, dessen Außenplatten einerseits der verbunden sind und wobei eine Hochfrequenz- mit je einem Gleichrichter verbunden sind und andespeisespannungsquelle einerseits mit dem Ver- rerseits mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen bindungspunkt der beiden Gleichrichter und an- verbunden sind. Auch die beiden Gleichrichter sind dererseits mit dem Verbindungspunkt der beiden ao in Reihe geschaltet. Zwischen den Verbindungs-Kondensatoren verbunden ist und zwei gleiche, in punkten der beiden Gleichrichter und Erde ist Reihe zueinander geschaltete Widerstände, an eine Hochfrequenzspeisespannungsquelle geschaltet, deren gemeinsamer Verbindungsstelle eine Aus- während zwischen den Verbindungspunkten der beigangsspannung gegen Erde erzeugt wird, mit den den Widerstände und Erde ein Meßinstrument liegt. Verbindungsstellen von je einem Gleichrichter 25 Die Entlade-Zeitkonstante hängt hierbei von der und einem Kondensator verbunden sind, da- Größe der eingestellten Werte des Differentialkondendurch gekennzeichnet, daß der gemein- sators ab.

same Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter . Der vorliegenden. Erfindung liegt die Aufgabe zu-

(2) geerdet ist und daß zwischen den Verbin- gründe, eine Meßvorrichtung der eingangs genann-

dungspunkten der beiden Widerstände (5) und 30 ten Art anzugeben, die weitgehend linear ist und bei

Erde ein weiterer Kondensator und parallel hierzu dem die Entlade-Zeitkonstante unveränderlich ist.

ein Widerstand geschaltet ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Gleichrich-

ter geerdet ist und daß zwischen den Verbindungs-

35 punkten der beiden Widerstände und Erde ein weiterer Kondensator und parallel hierzu ein Widerstand

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mes- geschaltet ist.

sung von geradlinigen oder winkelmäßigen Verschie- Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung vereinigt bungen und Schwingungen, bei der zwei geome- ausgezeichnete Linearität mit weitgehender Untrisch identische Kondensatoren derart angeordnet 40 abhängigkeit der Entlade-Zeitkonstante von der jesind, daß sich ihre Kapazitäten in Abhängigkeit von weiligen Größe der beiden Meßkapazitäten,
der zu messenden Verschiebung linear und in ent- Die Erfindung kann zum Messen von Verschiebungegengesetztem Sinn verändern und von denen je ein gen innerhalb eines weiten Bereiches, der von Mikron erster Anschluß miteinander verbunden ist, während bis Zentimeter und darüber hinaus reichen kann, verder andere Anschluß jedes der beiden Kondensato- 45 wendet werden. Sie ist insbesondere zur Unterren mit je einer Elektrode eines Gleichrichters ver- suchung oder Messung statischer oder dynamischer bunden ist, während die anderen Elektroden der bei- Materialverformungen sowie für Schwingungsunterden Gleichrichter, die einander entgegengesetzte Po- suchungen an Maschinenteilen geeignet,
larität aufweisen, ebenfalls miteinander verbunden Kondensatoren dieses Typs lassen sich zwar aus sind und wobei eine Hochfrequenzspeisespannungs- 50 technologischen Gründen nur mit kleinen Kapazitätsquelle einerseits mit dem Verbindungspunkt der bei- werten in der Größenordnung von Picofarad herden Gleichrichter und andererseits mit dem Ver- stellen; jedoch kann man die in elektrischer Form bindungspunkt der beiden Kondensatoren verbunden erhaltene Information ganz wesentlich dadurch erist und zwei gleiche, in Reihe zueinander geschaltete höhen, daß man einen Hochfrequenzstrom mit einer Widerstände, an deren gemeinsamer Verbiridungs- 55 Frequenz von mehreren 10 Megahertz verwendet, für stelle eine Ausgangsspannung gegen Erde erzeugt welchen die Impedanz der Kapazitäten sich ganz erwird, mit den Verbindungsstellen von je einem heblich verringert.

Gleichrichter und einem Kondensator verbunden An Hand der Figuren werden zwei Ausführungs-

sind. beiSpiele der Erfindung erläutert.

Aus dem Buch von Grave, »Elektrische Messung 60 Fig. 1 zeigt eine einfache Nachweisvorrichtung;

nichtelektrischer Größen«, Leipzig, 1962, S. 28 bis F i g. 2 zeigt eine doppelte Nachweisvorrichtung,

30 und S. 128 bis 130, ist es bereits prinzipiell bc- Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Form,- der Nach-

kannt, zur Messung linearer Verschiebungen einen weisvorrichtung nach F i g. 2;

Differentialkondensator zu verwenden. Die Messung F i g. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erder Kapazitätsänderung erfolgt mit Hilfe einer Meß- 65 findung;

brücke. Nachteilig hieran ist jedoch die mangelnde F i g. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei

Linearität des Zusammenhangs zwischen Meßgröße der die veränderlichen Kapazitäten örtlich von der

und Anzeige. Nachweisvorrichtung getrennt angeordnet sind.