DE2364471A1 - Stabilisierungsverfahren und -einrichtung fuer die steilheit der umwandlung von mechanischen verschiebungen in ein elektrisches signal eines kapazitiven gebers - Google Patents

Stabilisierungsverfahren und -einrichtung fuer die steilheit der umwandlung von mechanischen verschiebungen in ein elektrisches signal eines kapazitiven gebers

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Lev Petrovic Uljanov
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    • G01L9/125—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor with temperature compensating means

Description

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D'-'-- -."-■" U ■ Mr
530-21.946P 24. 12. 1973
Central' noe konstruktorskoe bjuro unikal' nogo priborostroenija Akademii Nauk SSSR, Moskau (UdSSR)
Stabilisierungsverfahren und -einrichtung
für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers *
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Messung mechanischer Größen wie Verformungen von Konstruktionen und Winkel- oder Translations-Verschiebungen von Konstruktionen mit Hilfe eines in Brückenschaltung liegenden kapazitiven Gebers, insbesondere ein Stabilisier rungsverfahren für die -Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers sowie eine Einrichtung zu dessen Durchführung.
530-(P. 49 812/1 )-Hd-r (8)
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ORIGINAL INSPECTED
Ein Stabilisierungsverfahren für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers ist bereits bekannt.
Das bekannte Verfahren besteht darin, daß die Einflüsse der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchtigkeit sowie mangelnder Spannungskonstanz der Speisequelle der Brückenschaltung auf die Arbeit des kapazitiven Gebers ausgeschlossen werden, indem der Geber hermetisch abgedichtet sowie in einen Therpiostaten gebracht und die Speisespannung des kapazitiven Gebers sorgfältig konstant gehalten wird.
Nachteilig sind beim bekannten Verfahren dessen großer Aufwand und damit dessen beträchtliche Realisierungskosten«,
Es ist auch eine Einrichtung zur Durchführung des Stabilisierungsverfahrens für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers bekannt .
Die bekannte Einrichtung enthält einen hermetisch dichten Raum, einen Thermostaten und einen Speisespannungs-Konstanthalter für den kapazitiven Geber.
Von Nachteil sind bei der bekannten Einrichtung die bauliche Kompliziertheit der Abdichtung und der Temperaturstabilisierung des kapazitiven Gebers, die Notwendigkeit einer individuellen baulichen Entwicklung eines hermetisch dichten Raumes und eines Thermostaten für
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jeden Typ kapazitiver Geber sowie große Kräfte und Momente, die in Stopfbuchsendichtungen von hermetisch dichten Konstruktionen entstehen. Diese Mängel sowie beträchtliche Fertigungskosten der Einrichtung stellen den Hauptgrund für eine nur beschränkte Anwendung kapazitiver Geber als Umwandler von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des bekannten Verfahrens und der bekannten Einrichtung zu beseitigen und ein universelles, einfaches Stabilisierungsverfahren für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines in einer Brückenschaltung liegenden kapazitiven Gebers unabhängig von dessen konstruktiven Besonderheiten und Bestimmung sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die technologisch einfacher ist und weniger Fertigungskosten erfordert.
Diese Aufgabe wird bei einem Stabilisierungsverfahren für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers in einer Brückenschaltung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang des kapazitiven Gebers mit einem Nebenschluß versehen, ein Summenstrom von zwei Kondensatoren des kapazitiven Gebers ununterbrochen gemessen und die Speisespannung des kapazitiven Gebers gesteuert wird, indem der zu messende Summehstrom der beiden Kondensatoren des kapazitiven Gebers stabilisiert wird.
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Diese Aufgabe wird auch bei einer Einrichtung zur Durchführung des Stabilisierungsverfahrens für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal von kapazitiven Gebern, die einen harmonischen Generator und einen Ausgangsspannungsregler des harmonischen Generators enthält, gemäß der Erfindung gelöst durch
einen ersten mit einem ersten Endanschluß seiner Primärwicklung an die eine Klemme des Ausgangsspannungsreglers angeschlossenen Strom meß wandler,
durch einen zweiten mit einem ersten Endanschluß seiner Primärwicklung an die andere Klemme des Ausgangsspannungsreglers angeschlossenen Strom meßwandler,
wobei die zweiten Endanschlüsse, der Primärwicklungen der Strommeßwandler mit zwei Ausgangsklemmen der Einrichtung verbunden sind, an deren jede einer von zwei Kondensatoren eines kapazitiven Gebers in Reihe angeschlossen ist;
wobei die Primärwicklungen der Strommeßwandler mit den hintereinandergeschatteten Kondensatoren des kapazitiven Gebers zwei Nachbarzweige einer Meßbrücke bilden, deren beide anderen Zweige durch Widerstände gebildet sind;
durch einen in einer Diagonale der Meßbrücke liegenden Kondensator, dessen einer Anschluß eine dritte Ausgangsklemme der Einrichtung darstellt;
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durch einen zweiten, im Stromkreis der hintereinandergeschalteten Sekundärwicklungen der beiden Strommeßwandler liegenden Kondensator ;
durch einen Wechselspannungsverstärker, dessen Eingang an den zweiten Kondensator angeschlossen ist j
durch einen an den Ausgang des Wechselspannungsverstärker angeschlossenen Demodulator;
durch eine stabilisierte Gleichspannungsquelle;
durch eine an den Demodulator und den Ausgang der stabilisierten Gleichspannungsquelle angeschlossene Vergleichseinrichtung;
durch einen Stellmotor;
und durch einen zwischen dem Ausgang der Vefgleichseinrichtung und dem Stellmotor liegenden Gleichspannungsverstärker, wobei der Stellmotor über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Ausgangsspannungsregler mechanisch gekoppelt ist, dessen Eingang an den Ausgang des harmonischen Generators geschaltet ist.
Infolge der Anwendung des Stabilisierungsverfahrens für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers und der Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens werden arbeitsintensive und kostspielige Maß-
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nahmen sowie Mittel zur Abdichtung und Temperaturstabilisierung bei den kapazitiven Gebern ausgeschlossen, wodurch der Anwendungsbereich für die kapazitiven Geber erweitert und die Schaffung kapazitiver Geber mit hoher Linearität der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen und Verformungen von Konstruktionen in ein elektrisches Signal, hohem Auflösungsvermögen und geringer Trägheit ermöglicht wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführ ungsbeispielen mittels der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des Stabilisierung s verfahr ens für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers;
Fig. 2 die elektrische Prinzipschaltung des Ausgangsspannungsreglers des erfindungsgemäßen harmonischen Generators f
Fig. 3 die elektrische Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Wechselspannungsverstärkers;
Fig. 4 die elektrische Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Demodulators ; und
Fig. 5 die elektrische Prinzipschaltung des erfindungsgemäüen Gleichspannungsverstärkers.
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Betrachtet sei das Stabilisierung s verfahr en für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines in der Schaltung einer Meßbrücke liegenden kapazitiven Gebers.
Der Ausgang des kapazitiven Gebers wird überbrückt, wodurch ein dem Kurzschlußzustand naher Betrieb gewährleistet wird.
Bei der vorabgeglichenen Meßbrücke ist im Kurzschlußbetrieb, d- h. wenn die Impedanz der Kondensatoren des kapazitiven Gebers viel größer als die stabilen Impedanzen der beiden anderen Zweige der Meßbrücke und der Belastung ist, der Ausgangs strom der Meßbrücke, d. h. der Kurzschlußstrom, der Speisespannung der Meßbrücke und dem Wert der Verstimmung der Meßbrücke proportional, der seinerseits der Änderung der Kapazität der Kondensatoren des kapazitiven Gebers proportional ist.
Der Summenstrom von zwei Kondensatoren des kapazitiven Gebers wird ununterbrochen geändert.
Der über die Kondensatoren des kapazitiven Gebers fließende Summenstrom der beiden Kondensatoren des kapazitiven Gebers ist mit einer Genauigkeit von bis Werten höherer Größenordnung der Speisespannung des kapazitiven Gebers und der Gesamtkapazität der Kondensatoren des kapazitiven Gebers proportional und von einer Änderung des Verhältnisses der Werte der Kondensatoren des kapazitiven Gebers unabhängig.
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Die Stabilisierung des über die Kondensatoren des kapazitiven Gebers fließenden Summenstroms führt daher aufgrund einer Steuerung der Speisespannung des kapazitiven Gebers zur Unabhängigkeit der AusgangsSpannung der Meßbrücke von der Änderung der Gesamtkapazität der Kondensatoren des kapazitiven Gebers, die infolge einer Änderung der Luftfeuchtigkeit oder der Umgebungstemperatur erfolgt, und eine Spannungsstabilisierung oder -konstanthaltung der Speisequelle des kapazitiven Gebers wird ausgeschlossen.
Der Kurzschlußbetrieb gewährleistet die Unabhängigkeit des Ausgangsstroms der Meßbrücke von der Änderung der Ausgangsimpedanz der Meßbrücke und der Eingangs impedanz des Wechselspannungsverstärkers .
Es sei nun die Einrichtung zur Durchführung des Stabilisierungsverfahrens für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers betrachtet .
Die Einrichtung zur Durchführung des Stabilisierungsverfahrens für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers enthält einen Ausgangsspannungsregler 1 (Fig. l) eines harmonischen oder Sinus-Generators 2, der Klemmen 2', 2" aufweist und an eine aus Widerständen 3 und 4 und Kondensatoren 5 und 6 eines kapazitiven Gebers 7 unter Einschaltung eines Kondensators 8 und eines Potentiometers 9 zusammengesetzte Meßbrücke angeschlossen ist. Mit jedem
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Kondensator 5 bzw. 6 des kapazitiven Gebers 7 ist jeweils eine der zwei Primärwicklungen 9' und 9" von Strom meß wandlern 10, 11 in Reihe geschaltet, wobei die Primärwicklung 9' des Stromwandlers 10 Endanschlüsse 11' und 11" und die Primärwicklung 9" des Stromwandlers 11 Endanschlüsse II111 und II1'11 aufweist. Die Primärwicklung 9' bildet mit dem mit ihr in Reihe liegenden Kondensator 5 einen ersten Zweig der Meßbrücke und die Primärwicklung 9" mit dem mit ihr in Reihe liegenden Kondensator 6 einen zweiten, zum ersten Zweig benachbarten Zweig der Meßbrücke. Die beiden anderen Zweige der Meßbrücke sind durch die Widerstände 3, 4 gebildet.
Ein an einen Wechselspannungsverstärker 13 angeschlossener Kondensator 12 und Sekundärwicklungen 13' und 13" der Stromwandler 10 bzw. 11 sind hintereinandergeschaltet.
Der Wechselspannungsverstärker 13 ist über einen Demodulator 14 an eine gleichfalls mit einer stabilisierten Gleichspannungsquelle 16 gekoppelte Vergleichseinrichtung 15 angeschlossen.
Die Vergleichseinrichtung 15 ist über einen Gleichspannungsverstärker 17 an einen Stell- oder Servomotor 18 angeschaltet, der mechanisch über ein Untersetzungsgetriebe 19 mit dem Ausgangsspannungsregler 1 des harmonischen Generators 2 verbunden ist.
Der Klemmen 20, 21 und 22 aufweisende kapazitive Geber 7 ist mit Hilfe dieser Klemmen 20, 21 und 22 jeweils an Ausgangsklemmen 23, 24 und an eine Ausgangsklemme 25 angeschlossen, die einen
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Anschluß eines in der Diagonale der Meßbrücke liegenden Kondensators 26 darstellt.
Der Kondensator 26 ist auch an einen Verstärker 27 angeschaltet, der über einen Demodulator 28 an einen Spannungsmesser 29 gekoppelt ist. Der Demodulator 28 weist einen Ausgang 30 auf, andern die Spannung der Verschiebung einer beweglichen Platte 30' des kapazitiven Gebers 7 proportional ist« Die Demodulatoren 14 und 28 sind ebenfalls an den harmonischen Generator 2 angeschlossen.
Der Eingang 31 (Fig„ 2) des Ausgangsspannungsreglers 1 ist
an den harmonischen Generator 2 (Fig. l) angeschaltet.
Ein Trennkondensator 32 (Fig. 2) ist an den Eingang 31 des Ausgangsspannungsreglers 1 und an die Basis eines Transistors 33 angeschlossen.
Die Basis des Transistors 33 ist an einen Spannungsteiler angeschlossen, der aus Widerständen 34 und 35 gebildet ist. Im Emitterkreis des Transistors 33 liegt ein Rückkopplung s wider stand 36. An
einen Belastungswiderstand 37 des Transistors 33 ist die Basis eines Transistors 38 angeschlossen.
Im Kollektorkreis des Transistors 38 liegt ein Belastungswiderstand 39, der auch an die Basis eines Transistors 40 geschaltet ist.
Der Emitterkreis des Transistors 38, bestehend aus einem Widerstand 41 und einer Zener-Diode 42, bildet einen Vorspannungskreis des '
Transistors 38.
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In den Emitterkreisen der Transistoren 40 und 33 liegt ein Stellwiderstand 43, dessen Schleifer 44 mit dem Untersetzungsgetriebe 19 (Fig. l) mechanisch gekoppelt ist. Die genannte Kopplung ist gestrichelt eingezeichnet. Der Stell widerstand 43 stellt einen Belastungswiderstand des Transistors 40 (Fig. 2) dar.
Der Kollektor des Transistors 40 sowie die Widerstände 34, 37, 39 und 41 sind an eine Klemme 45 angeschlossen, an die eine Gleichspannung squelle geschaltet ist.
Die Gleichspannungsquelle ist nicht gezeigt.
In den Emitterkreis des Transistors 40 ist über einen Trennkondensator 46 eine Primärwicklung 46' eines Übertragers 47 geschaltet, dessen Sekundärwicklung 47' mittels Klemmen 48 an die Widerstände 3 und 4 (Fig. l), das Potentiometer 9 und die Primärwicklungen 9' und 9" der Stromwandler 10, 11 angeschlossen ist.
An den mit den Sekundärwicklungen 13' und 13" der Stromwandler 10 und 11 in Reihe liegenden Kondensator 12 ist ein Eingang 49 (Fig. 3) des Wechselspannungsverstärkers 13 angeschlossen.
Die Eingangsstufe des We chselspannungs Verstärkers 13 ist aus einem Feldeffekttransistor 50 mit einem daran angeschlossenen Widerstand 51 für automatische Vorspannungsregelung, einem Ableitungswider stand 52, einem Trennkondensator 53 und einem Belastung swiderstand 54 aufgebaut. Der Belastungswiderstand 54 ist über einen
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Trennkondensator 55 an einen Wechselspannungsverstärker 56 geschaltet .
Der Wechselspannungsverstärker 56 ist über einen einen Serienkreis aus Widerständen 57, 58 und einen Parallelkreis aus einem Kondensator 59 und einer Induktivitätsspule 60 enthaltenden Selektivkreis an einen Wechselspannungsverstärker 61 angeschlossen.
An den Ausgang des Wechselspannungs Verstärkers 61 ist über einen Trennkondensator 62 eine aus einem Transistor 63 mit zwei Belastungs wider ständen 64 und 65 ausgeführte Phasendrehstufe angekoppelt. Die Basis des Transistors 63 ist an einen aus Widerständen 66 und 67 zusammengesetzten Spannungsteiler angeschaltet.
An eine Klemme 68 ist der Minuspol einer Speisequelle angeschlossen. Die Speisequelle ist in der Zeichnung nicht angedeutet.
Mit den Belastungswider ständen 64, 65 liegen ein Stell widerstand 69 bzw. ein Kondensator 70 in Reihe, die gleichfalls über einen Trennkondensator 71 an einen Wechselspannungsverstärker 72 angeschlossen sind. Der Widerstand 69 und der Kondensator 70 bilden ein Phasendrehglied.
An den Ausgang des Wechselspannungs Verstärkers 72 ist ein Übertrager 73 mit Ausgangsklemmen 74 angeschlossen.
Der Wechselspannungsverstärker 27 (Fig. l) ist identisch mit dem Wechselspannungsverstärker 13 ausgeführt.
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An die Ausgangsklemmen 74 (Fig. 3) sind Eingangsklemmen 75 (Fig. 4) des Demodulators· 14 angeschlossen.
Der Demodulator 14 enthält zwei gleichartige Wheatstone-Brükken mit Dioden und einen an Klemmen 77 und den harmonischen Generator 2 (Fig. l) angeschalteten Übertrager 76.
Die eine aus Dioden 78, 79, 80, 81, zwei Widerständen 82, 83 und einem Potent iometer 84 zusammengesetzte Wheatstone-Brücke ist an den Übertrager 76 über einen Vorwiderstand 85 angeschlossen.
Die andere aus Dioden 86, 87, 88, 89, Widerständen 90, 91 und einem Potentiometer 92 zusammengesetzte Wheatstone-Brücke ist an den Übertrager 76 über einen Vorwiderstand 93 angeschlossen.
Ein Ausgang 94 des Demodulators 14 ist an die Vergleichseinrichtung 15 (Fig. l) angeschlossen.
Der Demodulator 28 ist identisch mit dem Demodulator 14 ausgeführt.
Die Vergleichseinrichtung 15 ist aus Widerständen aufgebaut und an den Eingang 95 (Fig. 5) des Gleichspannungsverstärkers 17 angeschlossen.
Der Gleichspannungsverstärker 17 ist aus einer Doppeltriode 96 und aus einer End-Strahltetrode (Beam-Power-Tetrode) 97 unter Mo-
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dulation der Eingangs-Gleichspannung mit Netzfrequenz ausgeführt. Auf der Grundlage der Doppeltriode 96 sind zwei erste Spannungsverstärkerstufen und auf der Grundlage der End-Strahltetrode 97 ein Leistungsverstärker ausgeführt.
Die Modulation der Eingangs-Gleichspannung erfolgt mit Hilfe eines Zerhackers 98.
An den Eingang 95 des Gleichspannungsverstärkers 17 sind der Zerhacker 98 und der Mittelabgriff einer Primärwicklung 98' eines Übertragers 99 angeschlossen.
Die Primärwicklung 98' des Übertragers 99 ist an den Zerhakker 98 und eine Sekundärwicklung 99' des Übertragers 99 an ein Gitter 100 der Doppeltriode 96 geschaltet.
An die Sekundärwicklung 99' des Übertragers 99 ist ein Kondensator 101 angeschaltet, der mit der Induktivität der Sekundärwicklung 99' des Übertragers 99 einen auf die Netzfrequenz abgestimmten Resonanzschwingkreis bildet.
Eine Spule 102 des Zerhackers 98 und der Übertrager 99 sind abgeschirmt.
Aus einem Widerstand 103 und einem Kondensator 104, die an eine Katode 105 der Doppeltriode 96 angeschaltet sind, ist ein Stromkreis für automatische Vorspannungsregelung der ersten Verstärkerstufe gebildet.
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An eine Anode 106 der Doppeltriode 96 ist ein Belastungswiderstand 107 für die erste Verstärkerstufe angeschlossen.
Aus einem Widerstand 108 und einem Kondensator 109, die an eine Katode 110 der Doppeltriode 96 angeschaltet sind, ist ein Stromkreis für automatische Vorspannungsregelung der zweiten Verstärkerstufe gebildet.
An eine Anode 111 der Doppeltriode 96 ist ein Belastung swiderstand 112 der zweiten Verstärker stufe angeschlossen.
Die Anode 106 der Doppeltriode 96 ist über einen Trennkondensator 113 an ein Potentiometer 114 angeschlossen, dessen Schleifer 115 an ein Gitter 116 der Doppeltriode 96 geschalte ist.
Das Potentiometer 114 erfüllt die Funktion eines Spannungsteilers mit einem veränderlichen Teilungsverhältnis, d. h. die Funktion eines Reglers für den Verstärkungsfaktor des Gleichspannungsverstärkers
Das Potentiometer 114 ist auch an einen Schleifer 117 eines Potentiometers 118 angeschlossen.
Ein Übertrager 119, dessen Sekundärwicklung 119 ' über einen Widerstand 120 an das Potentiometer 118 angeschaltet ist, sowie ein Widerstand 120 und das Potentiometer 118 bilden einen Kreis für nachgebende Gegenkopplung des Gleichspannungsverstärkers 17 .
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Das Potentiometer 118 ist zur Regelung des Gegenkopplungsgrades des Gleichspannungsverstärkers 17 vorgesehen.
Die Anode 111 der Doppeltriode 96 ist über einen Trennkondensator 121 und einen Begrenzungswiderstand 122 an ein Gitter 123 und über den Trennkondensator 121 an einen Ableitungswiderstand 124 der End-Strahltetrode 97 angeschlossen.
Aus einem Widerstand 125 und einem Kondensator 126, die an eine Katode 127 der End-Strahltetrode 97 angeschlossen sind, ist ein Stromkreis für automatische Vorspannungsregelung des Leistungsverstärkers gebildet.
An ein Gitter 128 der End-Strahltetrode 97 ist ein Begrenzurigswiderstand 129 geschaltet.
An eine Anode 130 der End-Strahltetrode 97 sind hintereinandergeschaltete Widerstände 131 und 132 angeschlossen.
Die hintereinandergeschalteten Widerstände 131 und 132 sind durch einen Kondensator 133 überbrückt.
Der Widerstand 131 ist durch einen Kondensator 134 überbrückt.
Der Widerstand 132 ist durch einen Serienkreis aus einem Widerstand 135 und einem Kondensator 136 überbrückt.
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Der Widerstand 131 mit dem daran angeschalteten Kondensator
134 und der Widerstand 132 mit dem daran angeschalteten Widerstand
135 und dem daran angeschalteten Kondensator 136 bilden zwei Zweige einer Tachometerbrücke. Unter einer Tachometerbrücke wird eine Einrichtung aus den Widerständen 131, 132, 135, den Kondensatoren 134,
136 und der Steuerwicklung des Stellmotors 18 (Fig. l) verstanden, wobei die Spannung am Ausgang der Tachometerbrücke der Drehzahl des Stellmotors 18 proportional ist. Die Steuerwicklung des Stellmotors 18 ist in der Zeichnung nicht angedeutet.
Der Widerstand 137 und die Steuerwicklung des Stellmotors 18, die an die Ausgangsklemmen 138 und 139 (Fig. 5) des Gleichspannung sVerstärkers 17 angeschlossen sind, bilden die beiden anderen Zweige der Tachometerbrücke.
In der Diagonalen der Tachometerbrücke liegt eine Primärwicklung 139' des Übertragers 119.
Eine Primärwicklung 139" eines Übertragers 140 ist mittels Klemmen 141 an das Wechselstrom-Netz angeschlossen.
Die Klemmen des Wechselstrom-Netzes sind in der Zeichnung nicht angedeutet.
Die Sekundärwicklung 141' des Übertragers 140 ist an die Heizstromkreise 11' der Doppeltriode 96 und der End-Strahltetrode 97 und an die Spule 102 des Zerhackers 98 angeschlossen.
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Eine andere Sekundärwicklung 141" des Übertragers 140 ist an eine Gleichrichterbrücke 142 angeschaltet.
Die Gleichrichter brücke 142 ist über ein aus einem Widerstand 143 und Kondensatoren 144 und 145 zusammengesetztes Filter an Belastungswiderstände 107 und 112 der ersten bzw. zweiten Spannungsverstärkerstufe der Doppeltriode 96 angeschaltet.
Die Gleichrichterbrücke 142 ist ebenfalls an die Widerstände 129 und 132, die Kondensatoren 136 und 133 und eine Ausgangsklemme 138 des Gleichspannungsverstärkers 17 angeschlossen.
Der Stellmotor 18 (Fig. l) ist über das Untersetzungsgetriebe 19 mit dem Schleifer 44 (Fig. 2) des Stell wider Standes 43 gekoppelt.
Die vorliegende Einrichtung gestattet es, das erfindungsgemäße Stabilisierungsverfahren für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal kapazitiver Geber durchzuführen.
Die Meßgrößen wie Verformungen von Konstruktionen und Verschiebungen von Konstruktionen wirken auf die bewegliche Platte 30' der Kondensatoren 5 und 6 (Fig. l) des kapazitiven Gebers 7 ein, und dies führt zur Änderung des Verhältnisses der Kapazitätswerte der Kondensatoren 5 und 6 beim kapazitiven Geber 7, wobei die Spannung an der Ausgangsklemme 25 proportional der Änderung der Kapazitäten der Kondensatoren 5, 6 und folglich der zu messenden Verformung (Verschiebung) einer Konstruktion ist -
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Die Spannung wird durch den Verstärker 27 verstärkt, durch den Demodulator 28 gleichgerichtet und durch den in Meßwerten geeichten Spannungsmesser 29 gemessen.
Eine Änderung der Umgebungstemperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit führt zur Änderung der Gesamtkapazität der Kondensatoren 5, des kapazitiven Gebers 7 und folglich zur Änderung des über die Kondensatoren 5, 6 fließenden Summenstroms und der Ausgangs spannung des kapazitiven Gebers 7.
Der Summenstrom und die Ausgangs spannung des kapazitiven Gebers 7 können geändert werden, indem die Speisespannung des kapazitiven Gebers 7 geändert wird. Gleichzeitig führt die Verformung der beweglichen Platte 30' des kapazitiven Gebers 7 zur Änderung des Verhältnisses der Kapazitätswerte der Kondensatoren 5 und 6, bewirkt dagegen keine Änderung deren Gesamtwertes und folglich des über die Kondensatoren 5, 6 fließenden Summenstroms. Da die Steilheit der Umwandlung beim kapazitiven Geber 7 dem über die Kondensatoren 5, 6 fließenden Summenstrom proportional ist, führt die Stabilisierung dieses Summenstroms durch Spei se spannungssteuerung des kapazitiven Gebers 7 zur Unabhängigkeit der Anzeige beim kapazitiven Geber 7 von äußeren Einflüssen.
Die Einrichtung zur Durchführung des Stabilisierungsverfahrens für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers arbeitet wie folgt:
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Die über den Ausgangsspannungsregler 1 des harmonischen Generators 2 gespeiste Meßbrücke, die aus den Widerständen 3 und 4, den Primärwicklungen 9' und 9" der Strommeßwandler 10 und 11 und den Kondensatoren 5 und 6 des kapazitiven Gebers 7 unter Einschaltung des Kondensators 8 und des Potentiometers 9 zusammengesetzt ist, wird im Ausgangszustand abgeglichen, so daß am Kondensator 26 keine Spannung auftritt.
Bei einer Verformung der beweglichen Platte 30' des kapazitiven Gebers 7 erscheint am Kondensator 26 eine dieser Verformung proportionale Spannung, wobei der über die Kapazitäten 5, 6 des Gebers ■7 fließende Strom in die Sekundärwicklungen 13 ' und 13" der Strommeßwandler 10 und 11 transformiert wird und am Kondensator 12 eine dem über die Kondensatoren 5 und 6 des kapazitiven Gebers 7 fließenden Summenstrom proportionale Spannung anliegt.
Diese Spannung wird am Kondensator 12 abgenommen und auf den Eingang 49 (Fig. 3) des Wechselspannungsverstärkers 13 gegeben .
Die erste Stufe des Wechselspannungsverstärkers 13 weist einen hochohmigen Eingang auf und wird durch den Feldeffekttransistor 50 gebildet. Die Wechselspannung wird vom Belastungswiderstand 54 über den Trennkondensator 55 zum Wechselspannungsverstärker 56 geliefert, durch diesen verstärkt und mit Hilfe des Selektivkreises gesiebt, der den Kondensator 59 und die Induktivitätsspule 60, die durch die Widerstände 57 und 58 zur Stabilisierung der Kennlinien des Selek-
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tivkreises überbrückt sind, aufweist, und gelangt auf den Wechselspannungsverstärker 61. Die durch den Wechselspannungsverstärker 61 verstärkte Spannung gelangt über den Trennkondensator 62 auf die Basis des Transistors 63, der die Phasendrehstufe bildet. Der an den Belastungswiderstand 65 angeschlossene Kondensator 70 und der an den Belastungswiderstand 64 angeschlossene Stellwiderstand 69 bilden das Phasendrehglied.
Die Wechselspannung gelangt von der Phasendrehstufe über den Trennkondensator 71 auf den Wechselspannungsverstärker 72, der den Ausgangsübertrager 73 mit dem Ausgang 74 speist.
Der Ausgang 74 des Wechselspannungsverstärkers 13 ist an den Eingang 75 (Fig. 4) des Demodulators 14 angeschlossen.
Mittels des Stell wider Standes 69 (Fig. 3) wird die Phase der Spannung am Ausgang 74 des Wechselspannungsverstärkers 13 eingestellt, die gleich der Phase einer Bezugs spannung ist, die dem Ausgang 77 (Fig. 4) des Demodulators 14 vom harmonischen Generator 2 (Fig. l) zugeführt wird $ durch den auch der Demodulator 28 gespeist wird.
Die am Ausgang 77 (Fig. 4) des Demodulators 14 ankommende Spannung wird durch den Übertrager 76 transformiert und gelangt über die Vorwiderstände 85 und 93 auf die beiden die Funktion von Diodenschaltern ausführenden Wheatstone-Brücken aus Dioden.
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Schaltet beispielsweise die die Dioden 78, 79, 80, 81, die Widerstände 82, 83 und das Potentiometer 84 einschließende Wheatstone-Brücke aus Dioden zum gegebenen Zeitpunkt unter Einwirkung der Bezugsspannung des harmonischen Generators 2 (Fig. 1) durch, d. h. fließt über den Vor wider stand 85 (Fig. 4) und die genannte Wheatstone-Brücke aus Dioden ein Strom, so sperrt die andere, die Dioden 86, 87, 88, 89, die Widerstände 90, 91 und das Potentiometer 92 einschließende Wheatstone-Brücke aus Dioden, d. h. daß über den vorgeschalteten Belastung s wider stand 93 kein Strom fließt.
Sperrt dagegen die die Dioden 78 bis 81, die Widerstände 82, 83 und das Potentiometer 84 einschließende Wheatstone-Brücke aus Dioden unter Einwirkung der Bezugsspannung, so wird die andere, die Dioden 86 bis 89, die Widerstände 90, 91 und das Potentiometer 92 enthaltende Wheatstone-Brücke aus Dioden zum gegebenen Zeitpunkt unter Einwirkung der Bezugsspannung leitend.
Die am Eingang 75 des Demodulators 14 vom Ausgang 74 (Fig. 3) des Wechselspannungsverstärkers 13 eintreffende Wechselspannung wird durch die Wheatstone-Brücken gleichgerichtet, und am Ausgang 94 (Fig. 4) des Demodulators 14 erscheint eine Gleichspannung.
Diese Gleichspannung trifft vom Ausgang 94 des Demodulators 14 an der Vergleichseinrichtung 15 (Fig. l) ein, wo sie mit der Spannung von stabilisierten Gleichspannungsquelle 16 verglichen wird.
Das Differenzsignal dieser Spannungen wird an der Vergleichs-
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einrichtung 15 abgenommen und gelangt auf den Eingang 95 (Fig. 5) des Gleichspannungsverstärkers 17.
Die Eingangs-Gleichspaimung wird mit Hilfe des von der Wicklung 141' des Übertragers 140 durch Wechselspannung von Netzfrequenz gespeisten Zerhackers 98 in eine Wechselspannung von Netzfrequenz umgeformt und über den Übertrager 99 an das Gitter 100 der Doppeltriode 96 gegeben.
Die Heizstromkreise Π1 der Doppeltriode 96 und der End-Strahltetrode 97 werden auch durch die Wicklung 141' des Übertragers 140 gespeist.
Der Übertrager 99 und die Spule 102 des Zerhackers 98 werden zwecks Vergrößerung der Störfestigkeit des Gleichspannungsverstärkers 17 abgeschirmt.
Der durch die Induktivität der Sekundärwicklung 99' des Übertragers 99 und die Kapazität des Kondensators 101 gebildete Schwingkreis wird auf Resonanz mit der Netzfrequenz abgestimmt.
Der Gleichspannungsverstärker 17 enthält die erste aus einer Hälfte der Doppeltriode 96 aufgebaute Verstärker stufe, die zweite aus der anderen Hälfte der Doppeltriode 96 aufgebaute Verstärkerstufe und den aus der End-Strahltetrode 97 aufgebauten Leistungsverstärker.
Das am Gitter 100 der Doppeltriode 96 ankommende Signal wird
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durch die erste Verstärkerstufe verstärkt, vom Belastungswiderstand 107 abgenommen und über den Trennkondensator 113 und die Potentiometer 114 und 118 auf das Gitter 116 der Doppeltriode 96 geliefert.
Die durch die zweite Verstärkerstufe verstärkte Spannung wird am Belastungswiderstand 112 abgenommen und über den Trennkondensator 121 und den Widerstand 124 sowie über den Begrenzungswiderstand 122 auf das Gitter 123 der Beam-Tetrode 97 gegeben.
Das durch den Leistungsverstärker verstärkte Signal wird über den Zweig der durch den Widerstand 137 gebildeten Tachometerbrücke auf die Ausgangsklemmen 138 und 139 des Gleichspannungsverstärkers 17 gegeben.
Durch den Schleifer 115 des Potentiometers 114 wird der Verstärkungsfaktor des Gleichspannungsverstärkers 17 geregelt.
An die Ausgangsklemmen 138 und 139 des GleichspannungsVerstärkers 17 ist der Stellmotor 18 (Fig. l) angeschlossen.
Der Leistungsverstärker des Gleichstromverstärkers 17 (Fig. 5) weist mit der zweiten Verstärkerstufe eine nachgebende Gegenkopplung auf, deren Wert von der Drehzahl des Stellmotors 18 (Fig. l) abhängig ist. Die Spannung der in den Verstärkerkanal eingeführten Drehzahlrückkopplung kann mittels des Potentiometers 118 (Fig. 5) variiert werden, das gestattet, den Dämpfungsvorgang des gesamten Folge- bzw. Nachlaufkreises einzustellen.
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Die Tachometerbrücke wird in der Weise abgeglichen., daß die Spannung an den Wicklungen des Übertragers 119 beim abgebremsten Läufer des Stellmotors 18 (Fig. l) gleich Null ist.
Der Läufer des Stellmotors 18 (Fig. l) ist in der Zeichnung nicht gezeigt.
In der Endstufe des Leistungsverstärkers ist zur galvanischen Gleichstromentkopplung der Übertrager 119 (Fig. 5) eingesetzt.
Der durch die Kapazität des Kondensators 133 und die Induktivität der Steuerwicklung des Stellmotors 18 (Fig. l) gebildete Schwingkreis wird auf die Netzfrequenz durch den Kondensator 133 abgestimmt .
Der Gleichspannungsverstärker 17 wird vom Übertrager 140 (Fig. 5) gespeist, dessen Primärwicklung 139" durch die Klemmen 141 an das Wechselspannungs-Netz angeschlossen ist.
Von der durch die Gleichrichterbrücke 142 gleichgerichteten Spannung der Sekundärwicklung 141" des Übertragers 140 werden der aus der End-Strahltetrode 97 aufgebaute Leistungsverstärker und über das aus dem Widerstand 143 und den Kondensatoren 144 und 145 zusammengesetzte Filter die erste und die zweite auf der Grundlage der Doppeltriode 96 aufgebaute Verstärkerstufe gespeist.
Die Heizstromkreise II' der Doppeltriode 96 und der End-Strahl-
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tetrode 97 werden von der Primärwicklung 141' des Übertragers gespeist.
Die Arbeit des Stellmotors 18 (Fig. 1) wird durch die von den Ausgangsklemmen 138 und 139 abgenommene Spannung gesteuert.
Der Stellmotor 18 ist über das Untersetzungsgetriebe 19 mit dem Schleifer 44 (Fig. 2) des Stellwiderstandes 43 des Ausgangsspannungsreglers 1 des harmonischen Generators 2 (Fig. 1) mechanisch gekoppelt.
Der Ausgangsspannungsregler 1 arbeitet wie folgt:
Die Spannung des harmonischen Generators 2 gelangt auf den Eingang 31 (Fig. 2) des Ausgangsspannungsreglers.
Der Ausgangsspannungsregler 1 stellt einen dreistufigen Spannungsverstärker mit Potentiometer-Zwischenstufenverbindungen dar, der eine gemeinsame Strom-Gegenkopplung aufweist.
Die erste Verstärkerstufe ist durch den Transistor 33 gebildet. Die zweite Verstärkerstufe ist durch den Transistor 38 gebildet.
Die dritte, einen Stromverstärker darstellende Endstufe ist durch den Transistor 40 in Kollektorschaltung gebildet.
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Der Spannungsverstärkungsfaktor des Ausgangsspannungsreglers wird durch das Verhältnis der Werte der Widerstände 36 und 43, multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis des Übertragers 47, bestimmt.
Der Widerstandswert des Stellwiderstandes 43 ist dem Drehwinkel des Stellmotors 18 (Fig. l) proportional, d. h. der Wert der Ausgangsspannung des Reglers 1 ist eine Funktion des Drehwinkels des Stellmotors 18.
Bei Zunahme des über die Kondensatoren 5, 6 fließenden Summenstroms, beginnend beim Nennwert, beispielsweise mit Hilfe des Stellmotors 18, ändert sich der Wider stands wert des Stell wider Standes 43 in der Weise, daß die Ausgangs spannung des Reglers 1 und folglich auch die Speisespannung des kapazitiven Gebers 7 abnimmt, was eine Stabilisierung des über die Kondensatoren 5, 6 des kapazitiven Gebers 7 fließenden Summenstroms zur Folge hat.
Das erfindungsgemäße Stabilisierungsverfahren für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers und die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind zur Entwicklung eines trägheitsarmen hochfre- . quenten kapazitiven Drehwinkelgebers ohne mechanisches Moment, der bei Rotationsviskosimetern zur Anwendung gelangt, benutzt worden.
Der erfindungsgemäße Geber weist ein besseres statisches und dynamisches Verhalten gegenüber den bekannten optischen und induktiven Gebern auf.
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Claims (2)

  1. Patentansprüche
    1J Stabilisierungsverfahren für die Steilheit der Umwandlung von mechanischen Verschiebungen in ein elektrisches Signal eines kapazitiven Gebers in einer Brückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des kapazitiven Gebers mit einem Nebenschluß versehen, ein Summenstrom von zwei Kondensatoren des kapazitiven Gebers ununterbrochen gemessen und die Speisespannung des kapazitiven Gebers gesteuert wird, indem der zu messende Summenstrom der beiden Kondensatoren des kapazitiven Gebers stabilisiert wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem harmonischen oder Sinus-Generator und einem Ausgangsspannungsregler des harmonischen Generators,
    gekennzeichnet durch
    einen ersten mit einem ersten Endanschluß (ll) seiner Primärwicklung (91) an die eine Klemme (2") des Ausgangsspannungsreglers (l) angeschlossenen Strommeßwandler (10 ),
    durch einen zweiten mit einem ersten Endanschluß (ll1'') seiner Primärwicklung (9") an die andere Klemme (21) des Ausgangsspannungsreglers (l) angeschlossenen Strommeßwandler (ll),
    wobei die zweiten Endanschlüsse (ll11, ll1111) der Primärwicklungen
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    (91, 9") der Strommeßwandler (10, 11) mit zwei Ausgangsklemmen (23; 24) der Einrichtung verbunden sind, an deren jede einer von zwei Kondensatoren (5, 6) eines kapazitiven Gebers (7) in Reihe angeschlossen ist;
    wobei die Primärwicklungen (91, 9") der Strommeßwandler (10; 11) mit den hintereinandergeschalteten Kondensatoren (5, 6) des kapazitiven Gebers (7) zwei Nachbar zweige einer Meßbrücke bilden, deren beide anderen Zweige durch Widerstände (3,4) gebildet sind;
    durch einen in einer Diagonale der Meßbrücke liegenden Kondensator (26), dessen einer Anschluß eine dritte Ausgangsklemme (25) der Einrichtung darstellt;
    durch einen zweiten, im Stromkreis der hintereinandergeschalteten Sekundärwicklungen (131, 13") der beiden Strom meß wandler (10, 11) liegenden Kondensator (12);
    durch einen Wechselspannungsverstärker (13), dessen Eingang an den zweiten Kondensator (12) angeschlossen ist;
    durch einen an den Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (13) angeschl ossenen Demodulator (14);
    durch eine stabilisierte Gleichspannungsquelle (16);
    durch eine an den Demodulator (14) und den Ausgang der stabilisierten
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    Gleichspannungsquelle (16) angeschlossene Vergleichseinrichtung (15); durch einen Stellmotor (18);
    und durch einen zwischen dem Ausgang der Vergleichseinrichtung (15) und dem Stellmotor (18) liegenden Gleichspannungsverstärker (17), wobei der Stellmotor (18) über ein Untersetzungsgetriebe (19) mit dem Ausgangsspannungsregler (l) mechanisch gekoppelt ist, dessen Eingang an den Ausgang des harmonischen Generators (2) geschaltet ist.
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