Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений

Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений совместно с автогенераторным вторичным преобразователем и позволяет повысить линейность характеристики преобразования датчика линейных перемеш.ений емкостного типа , содержащего две пары противолежащих электродов, отличающихся по площади не менее, чем в 4-7 раз, и размещенного между ними заземленного экрана, установленного с возможностью перемещения в направлении к ним. Каждый электрод одной пары соединен через один из конденсаторов связи с расположенным по другую сторону от экрана электродом другой пары. Расстояние между электродами второй пары выполняется на 10-25% меньще зазора между электродами первой пары, а размеры экрана превышают размеры обеих пар элект-родов, что исключает краевые эффекты. При перемещении экрана, связываемого с объектом контроля в процессе измерения, изменяется расстояние между ним и парами электродов датчика, что вызывает изменение частот двух автогенераторов, а следовательно и разност- .ной частоты, изменяющейся пропорционально контролируемому перемещению, благодаря выбранным соотнощениям размеров электродов и величин емкостей конденсаторов. 2 ил. se bO N3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ug4 G01В700

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3743869/25-28 (22) 24.05.84 (46) 23.04.86. Бюл. № 15 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) Н. И. Даников, Т. С. Даникова, В. Е. Луценко и А. С. Шмачилин (53) 621.317.39:531.71 (088.8) (56) Арш Э. И. Автогенераторные методы и средства измерений. Л.: Машиностроение, 1979, с. 99 — 107.

Агейкин Д..И. Датчики контроля и регулирования. М.: Машиностроение, 1965, с. 203. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

157) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений совместно с автогенераторным вторичным преобразователем и позволяет повысить линейность характеристики преобразования датчика линейных перемещений емкостного тиÄÄSUÄÄ 1226015 А па, содержащего две пары противолежащих электродов, отличающихся по площади не менее, чем в 4 — 7 раз, и размещенного между ними заземленного экрана, установленного с возможностью перемещения в направлении к ним. Каждый электрод одной пары соединен через один из конденсаторов связи с расположенным по другую сторону от экрана электродом другой пары. Расстояние между электродами второй пары выполня-ется на 10 — 25% меньше зазора между электродами первой пары, а размеры экрана превышают размеры обеих пар электродов, что исключает краевые эффекты. При перемещении экрана, связываемого с объектом контроля в процессе измерения, изменяется расстояние между ним и парами электродов датчика, что вызывает изменение частот двух автогенераторов, а следовательно и разностной частоты, изменяющейся пропорционально контролируемому перемещению, благодаря выбранным соотношениям размеров электродов и величин емкостей конденсаторов. 2 ил.

1226015

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений совместно с автогенераторным вторичным преобразователем.

Цель изобретения — повышение линейности характеристики преобразования датчика.

На фиг. 1 показана конструктивная схема датчика; на фиг. 2 (а, б, в) — изменение емкостей между электродами и экраном датчика, изменение частот fi u на выходах автогенераторов и разностной частоты Лf на выходе смесителя соответственно.

Датчик содержит первую пару подключенных к его выходам плоских электродов 1 и вторую пару установленных рядом с ними электродов 2, площадь которых в

4 — 7 раз превышает площадь электродов первой пары. Между ними размещен соединенный с общей точкой заземления эк- г!! ран 3. Между каждым электродом 1 первой пары и лежащим по другую сторону экрана электродом 2 другой пары включены конденсаторы 4. Электроды 2 второй пары установлены на расстоянии между собой, меньшим расстояния (зазора) между электродами 1 первой пары на величину 6.

Экран 3 выполнен перекрещивающим площади обеих пар электродов, для чего его размеры выполнены превышающими суммарные размеры этих электродов. Экран 3 установлен в зазоре между электродами 1 и 2 с возможностью перемешения Х по направлению к ним. К выходным клеммам 5 датчика, к которым подключены непосредственно электроды 1 первой пары и через конденсаторы 4 — электроды 2 второй пары, присоединены два автогенератора 6 и 7 и блок сравнения их частот, выделяющий разностную частоту и выполненный в виде смесителя 8.

Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений работает следующим об- 40 разом.

При симметричном положении экрана 3 относительно электродов и 2 величины емкости между выходными клеммами 5 датчика и его общей точкой равны между собой, что соответствует нулевому выходному сигналу датчика. При перемещении экрана 3 от положения симметрии, например, вправо, на величину Х емкость Ci между ним и ближайшим электродом 2 увеличивается по гиперболическому закону

50 с, — —. (1)

Однако т. к. электроды 2 подключены к выходным клеммам 5 датчика через конденсаторы 4, эквивалентное изменение емкости С1" от перемещения Х имеет вид с1- -1+Бх <2) где Ь вЂ” константа, определяемая величиной емкости конденсаторов 4.

Величина емкости С2 между экраном 3 и ближним электродом 1 также возрастает при перемещении экрана 3 вправо.

Вследствие того, что электроды 1 расположены на более далеком расстоянии от экрана 3, зависимость этой емкости от величины перемещения Х имеет вид

С -Х+б (3) где 6 — разностное значение зазоров между парами электродов 1 и 2.

На суммарную величину указанных емкостей датчика влияют также емкости между электродами 1 и 2, от которых экран 3 удаляется при перемещении Х. Однако влиянием этих емкостей на изменение суммарной емкости датчика на границах диапазона измерений можно пренебречь вследствие их малости. По отношению величин емкостей

Ф

Ci (2) и С2 (3), измеряемому с помощью автогенераторов 6 и 7 и смесителя 8, определяют величину Х перемещения экрана 3 и связанного с ним объекта контроля. Разделив (2) на (3), получаем: = «С, ="bXXr

С1" -Х+6 (4)

Таким образом, величина перемещения Х определяется следующим выражением:

x= Y bx

Х+6 (5)

Так как константы b и б являются свободными параметрами, они могут быть выбраны таким образом, чтобы дробный член в (5) не зависел от Х. Действительно, величина

ЬХ+1 (bX+1) b у+Г БХ+Б5 = const при условии, что b6=1.

Исходя из практически существующих требований к сохранению чувствительности датчика и диапазона контролирующих перемещений, можно показать, что это условие выполняется, если выбирать площадь второй пары электродов в 4 — 7 раз большей, чем площадь электродов первой пары, расстояние между ними на 10 — 25Я меньше зазора между электродами первой пары, а величину емкости конденсаторов 4 — в

10 — 20 раз большей номинальной (в исходном положении) емкости датчика.

Так как дробный член выражения (5) при указанных соотношениях практически не меняется, характеристика преобразования датчика близка к линейной.

Формула изобретения

Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений, содержащий пару

1226015

Фиг.2

Составитель Л. Кислицин

Редактор Н. Тупица Техред И. Верес Корректор О. Луговая

Заказ 1978/26 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 электродов, установленных с зазором один напротив другого и подключенных к выходным клеммам датчика, и размещенный в зазоре параллельно им экран, выполненный с возможностью перемещения в направлении к электродам и связываемый в процессе измерения с объектом контроля, отличаюи4ийся тем, что, с целью повышения линейности характеристики преобразования, он снабжен второй парой электродов, площадь которых превышает площадь электродов первой пары и которые установлены один напротив другого по разные стороны экрана на уменьшенном расстоянии между собой, по сравнению с зазором между электродами первой пары, и двумя конденсаторами, соединяющими каждый электрод одной пары с расположенным по другую сторону экрана электродом другой пары, а размеры экрана превышают суммарные размеры обеих пар электродов.