Завод низковольтного и высоковольтного оборудования

БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ   ИЗДАТЕЛЬСТВО

МОСКВА  I960 ЛЕНИНГРАД

Редакционная коллегия: И. В. Антик, С. Н. Вешеневский,

В   С. Кулебакин, А. Д. Смирнов, Б. С Сотсков, Е. П. Стефани,

Н. Н. Шумиловский

ЭЭ-5(4)-3

В книге рассматриваются принцип работы, основные типы и области применения емкостных дифференциальных датчиков перемещения, приводятся примеры расчета емкостных датчиков, даются некоторые рекомендации по построению следящих систем переменного тока с емкостными  датчиками перемещения и их элементов.

Введение

Глава первая. Некоторые сведения из теории емкостных датчиков

Глава вторая. Двухлучевые емкостные датчики

Датчики с переменным d

Датчики с переменной S

Исправление нелинейностей в следящих системах с емкостными датчиками

Влияние линии связи на точность дистанционной передачи

Глава третья. Трехлучевые емкостные датчики

Описание и расчет

Исправление нелинейностей в следящей системе с трехлучевым датчиком

Влияние линии связи на точность дистанционной передачи

Глава четвертая. Емкостные фазовращатели

Двухфазные фазовращатели

Трехфазные фазовращатели

Глава пятая. Некоторые рекомендации

Рекомендации по конструированию емкостных датчиков и их включению

Рекомендации по построению многокаскадных усилителей низкой частоты к следящим системам переменного тока

Рекомендации по построению и отладке следящих систем переменного тока

Глава шестая. Примеры построения приборов с дифференциальными емкостными датчиками

Заключение

Литература

ПРЕДИСЛОВИЕ

В предлагаемой книге рассмотрены принцип работы, основные типы и области применения емкостных дифференциальных датчиков перемещения, входящих в состав следящих систем переменного тока высокой точности, работающих на повышенной (~400 гц) частоте.

Наряду с теоретической частью л выводом формул, позволяющим производить расчет собственно емкостных датчиков, усилителей к следящим системам, а также наиболее существенных их погрешностей, в каждом разделе приведены примеры расчета с тем, чтобы читатель-инженер мог использовать материал в своей непосредственной работе.

В книге приведены рекомендации по практическому построению и наладке как самих датчиков, так и усилителей переменного тока с большим коэффициентом усиления и следящих систем переменного тока. При этом отдельные рекомендации могут быть использованы не только в следящих системах переменного тока с емкостными датчиками, но и в любых следящих системах, а также в некоторых узлах электро- и радиоаппаратуры.

Предлагаемый материал проверен автором экспериментально в тесном контакте с инженером Весбландом Д. М. и электромехаником Максимовым В. А., которым автор выражает глубокую признательность.

Автор

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в промышленности и для различных специальных целей широко применяются дистанционные измерения всевозможных величин. Многие из этих величин преобразуются в перемещение, и тогда задача сводится к дистанционному измерению величины хода измерительного органа (чувствительного элемента). Так, например, для замера давления достаточно измерить прогиб анероидной коробки, а для определения ускорения достаточно знать величину перемещения массы, закрепленной на пружине. Кроме того, очень часто нас интересует непосредственно относительное перемещение отдельных частей механизма, например угол поворота оси.

Для дистанционного измерения перемещений широкое распространение получили следящие системы, включающие в себя соответствующие датчики. Задачей такого датчика является преобразование величины хода чувствительного элемента (расстояния, угла поворота) в электрический сигнал, который и воспринимается следящей системой [Л. 1 – 4].

Существует большое количество типов датчиков перемещения. Наиболее распространены реостатные и индуктивные датчики, менее распространены емкостные, фотоэлектрические и некоторые другие специальные датчики, например лампы с механическим управлением и т. д.

Во многих случаях к датчикам перемещения предъявляются повышенные требования как в отношении точности, так и в отношении малого механического момента и пр. Эти требования возникают в приборах, от которых требуется высокая точность работы — в акселерометрах, гироскопических, мембранных приборах и других устройствах. Всем этим требованиям удовлетворить с помощью реостатных, индуктивных или фотодатчиков затрудаительно, а емкостные датчики до последнего времени разрабатывались в совершенно недостаточных масштабах.

Однако дальнейшее повышение требований в отношении точности, стабильности, малой величины механического момента, широкой регулировки заставляют конструкторов   вновь  обратиться к разработке   емкостных   датчиков.

До недавнего времени конструкторы относились с предубеждением к емкостным датчикам, полагая, что схемы с емкостными датчиками не обеспечивают ни достаточной точности, ни стабильности работы приборов. Считалось обязательным для получения устойчивого сигнала на выходе емкостного датчика питать его напряжением высокой чистоты, достигающей сотен килогерц, а иногда даже десятков мегагерц [Л. 5, стр. 47; Л. 18]. Наличие такой высокой частоты в свою очередь приводило к потерям в паразитных емкостях, соединительных проводах и т. п. [Л. 1, стр. 70]. Для того чтобы повысить амплитуду сигнала, снимаемого с емкостного датчика, и улучшить стабильность показаний, некоторые авторы разработок применяли в первом каскаде усилителя электрометрические лампы, допускающие включение сотен мегом в цепь управляющей сетки [Л. 21] и т. д., однако все эти меры мало улучшали стабильность систем с емкостными датчиками и в то же время значительно усложняли конструкцию приборов.

Проведенные, в настоящее время работы показали, что причина нестабильности работы систем с емкостными датчиками лежит в неправильном подходе конструкторов к проектированию датчиков, в частности, в неправильном расположении изолирующих элементов конструкции, нестабильность свойств которых и приводит к ошибкам в работе систем. Эти трудности оказались преодолимыми, и уже созданы приборы с емкостными датчиками, обеспечивающие высокие точности и стабильность работы, выдерживающие тяжелые режимы эксплуатации (см. гл. 6).

В настоящее время установлено, что емкостные датчики перемещения обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими датчиками перемещения. К их достоинствам относятся:

2)    малое потребление энергии;

3)    простота изготовления;

4)    использование дешевых материалов;

5)  отсутствие контактов  (в некоторых отдельных случаях — один токосъем с помощью кольца и щетки);

6) высокая   точность   и стабильность   работы   систем с емкостными датчиками;

7) возможность широкой регулировки приборов с некоторыми типами емкостных датчиков.

К недостаткам емкостных датчиков следует отнести высокое внутреннее сопротивление, достигающее десятков и даже сотен мегом, высокие требования к сопротивлению крепежных изолирующих деталей и необходимость работы на повышенной (по сравнению с 50 Гц) частоте. Однако в большинстве случаев крепления емкостных датчиков могут быть выполнены и из обычных материалов, а практика показывает, что емкостные датчики дают хорошие результаты на широко распространенной частоте 400 Гц.

Ценные качества емкостных датчиков — малая величина мехалического усилия, необходимого для перемещения его ротора, возможность регулировки выхода следящей системы и высокая точность работы — делают емкостные датчики перемещения незаменимыми в приборах, в которых допускаются погрешности лишь в сотые и даже тысячные доли процента, а поэтому необходимо емкостные датчики перемещения развивать и осваивать.

Скачать книгу Ацюковский В. А. Емкостные дифференциальные датчики перемещения, Москва, 1960