Емкостный преобразователь перемещения

 

ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕЬ1ЕЩЕПИЯ, содержащий заземленные емкостный двухэлектродный датчик и опорный конденсатор, генератор импульсов и управляемый генератором импульсов первый переключатель. отличающийся тем, что, с целью повьшения точности перемещения , преобразователь снабжен источником постоянного опорного напряжения , вторым переключателем, интегратором заряда с накопительным конденсатором и инвертирующим сумматором, первый вход которого соединен с выходом интегратора,второй вход соединен с источником постоянного опорного напряжения, а выход - через нормально замкнутьй контакт первого переключателя соединен с опорным конденсатором, емкостный датчик через нормально замкнутый контакт второго переключаСЛ теля соединен с выходом интегратора , а нормально разомкнутые контакты первого и второго переключателей подсоединены к входу интегратора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИИ (19) (11) (g1)4 С 01 В 7/08 (21) 3632321/24-28 (22) 04,08.84 (46) 23.10.85. Бюл. Р 39 .(72) А.И. Чередов (7 1) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. И.И. Калинина (53) 621.317.39:534. 14 (088.8) (56) Карандеев E.Ï. и др. Быстродействующие электронные компенсационно-мостовые приборы. — М.:

Энергия, 1970, с. 103.

Патент ClllA ¹ 4250452, кл. 328-1, опублик. 1981. (54)(57) ЕМКОСТНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕИЕЩЕНИЯ, содержащий заземленные емкостный двухэлектродный датчик и опорный конденсатор, генератор импульсов и управляемый генератором импульсов первый переключатель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности перемещения, преобразователь снабжен источником постоянного опорного на-пряжения, вторым переключателем, интегратором заряда с накопительным конденсатором и инвертирующим сумматором, первый вход которого соединен с выходом интегратора,второй вход соединен с источником постоянного опорного напряжения, а выход — через нормально замкнутый контакт первого переключателя соединен с опорным конденсатором, емкостный датчик через нормально замкнутый контакт второго переключателя соединен с выходом интегратора а нормально разомкнутые контакты первого и второго переключателей подсоединены к входу интегратора.

1186938

Яб

С = — с

9 8 где S — площадь перекрытия электродов 2 и 3, 6 — диэлектрическая проницаемость среды между электродами 2 и 3, 55

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения объектов.

Цель изобретения — повышение 5 точности измерений.

На чертеже показана схема емкостного преобразователя перемещений.

Емкостный преобразователь перемещений содержит емкостный датчик 1 1О с двумя электродами 2 и 3, из которых электрод 3, связываемый в процессе измерений с контролируе" мым объектом (не указан), заземлен.

Экранирующий электрод 4 связан с 1э электродом 2 через повторитель 5 напряжения. Опорный конденсатор 6 имеет один заземленный электрод. Емкостный преобразователь перемещений содержит также источник 7 постоянно- 20

ro опорного напряжения, инвертирующнй сумматор 8, первый переключатель 9 и второй переключатель 10, генератор 11 импульсов, управляющий работой переключателей 9 и 10, и интегратор 12 заряда, включающий операционный усилитель 13 и накопительный конденсатор 14. Незаземленный электрод опорного конденсатора

6 соединен с нормально =-.àèêíóòûì 30 контактом переключателя 9, электрод

2 емкостпого датчика 1 соединен с нормально замкнутым контактом переключателя 10. Нормально разомкнутые контакты переключателей 9 и 10 соединены с входом интегратора 12, выход которого соединен с первым входом инвертирующего сумматора 8.

Второй вход инвертирующего сумматора 8 соединен с источником 7 постоянного опорного напряжения.

Емкостный преобразователь перемещений работает следующим образом.

Перемещение контролируемого объекта приводит к изменению зазора между электродами 2 и 3 емкостного датчика 1. Реальное значение электрической емкости емкостного датчика 1 может быть представлено в следующем виде 50

8 — зазор между электродами

2и3;

С вЂ” паразитная емкость, обусловленная неполнотой экранирования электродов 2 и

3 экранирующим электродом

4, емкостью монтажа и не° исключенным краевым эффек-! том.

Поскольку С не зависит от значения измеряемого перемещения, она приводит к нелинейности функции преобразования измерительного преобразователя.

Конденсатор, образованный электродами 2 и 3, при положении контактов переключателей 9 и 10, указанном на чертеже, заряжается до значения выходного напряжения интегратора 12 заряда. Опорный конденсатор 6 при этом заряжается до значения выходного напряжения сумматора 8. При подключении по сигналу генератора 11 импульсов емкостного датчика 1 и опорного конденса« тора 6 к входу интегратора 12 заряда, напряжение на них становится равным напряжению на входе интегратора 12 заряда, которое вследствие большого коэффициента усиления операционного усилителя 13 близкс к нулю. При этом заряд с датчика 1 и опорного конденсатора 6 передается в накопительный конденсатор 14, изменяя соответствующим образом выходное напряжение интегратора 12 заряда. При последующих переключениях переключателей 9 и 10 напряжение на выходе интегратора 12 заряда стремится к значению, при котором заряды, накапливаемые в датчике 1 и опорном конденсаторе 6, будут,равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Противоположность знаков зарядов обеспечивается инвертнрующим включением операционного усилителя 13. Таким образом, установившийся режим работы преобразователя описывается уравнением, следующим из равенства зарядов на датчике 1 и конденсаторе 6

-Уи!х С3 = Б, С, где U s b t x — выходное на пряже ние преобразователя, П вЂ” выходное напряжение сумматора 8;

С вЂ” емкость опорного конденсатора 6 .

Ц аз «Ц а К Ц, К о i аЬ!И з получим

Составитель Л. Гуськов

Редактор Н. Пушненкова Техред Л.Микеш Корректор В. Гирняк

Заказ 6533/43

Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

3 1

С учетом зависимости выходного напряжения инвертирующего сумматора

8 от коэффициентов преобразования

его по первому и второму входам где К, и К вЂ” коэффициенты преобразования, U - значение опорного

6 напряжения, Если значение коэффициента К, выбрать таким, что С К, С „,. то влияние С„ на выходную характеристику преобразователя будет исключено

186938 4 и выходное напряжение преобразователя будет линейно связано с измеряемья перемещением.

Таким образом, введение сигнала обратной связи с выхода преобразователя через инвертирующий сумматор 8 позволяет исключить погрешность, обусловленную параэитной емкостью, и повысить точность измерений за

f0 счет повышения линейности выходной характеристики. Кроме того, введение интегратора 12 заряда и второго переключателя, который вместе с.нер» вым переключателем управляется re1g:нератором 11 имнульсов, позволяет получить на выходе преобразователя постоянное напряжение, что исключает необходимость в выпрямлении выходного напряжения, приводящего в

33 аналогичных устройствах к снижению точности,