Емкостно-электронный преобразователь перемещения

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям линейных перемещений с помощью двухэлектродных емкостных преобразователей . Цель изобретения состоит в повышении точности и расширении функциональных возможностей за счет преобразования перемещения в период. Преобразователь перемещения содержит генератор импульсов, первый и второй ключи, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам разразнополярным выходам генератора импульсов , первую диодно-резисторную цепь, анод диода которой подключен к выходу первого ключа, вторую диодно-резисторную цепь, катод диода которой подключен к выходу второго ключа, емкостный первичный преобразователь , подключенный.к точке соединения катода и резистора первой диодно-резисторной цепи, конденсатор, подключенный к точке соединения анода диода и резистора второй диоднорезисторной цепи, фильтр низких частот , к выходу которого подключены резисторы первой и второй диоднорезисторных цепей, сумматор, первый вход которого подключен ю выходу фильтра низких частот, и инверсный каскад с разделенной нагрузкой, выход положительной полярности которого соединен с входом первого ключа , а выход отрицательной полярности соединен с входом второго ключа, интегратор, вход которого подключен к выходу сумматора, выход соединен с входом инверсного каскада с разделенной нагрузкой, и делителем напряжения, входы которого подключены к выходу сумматора и источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом сумматора. Наличие интегратора и делителя в схеме преобразователя и соответствующих связей между ними позволяет скомпенсировать погрешность, создаваемую изменениями температуры, влажности и давления окружающей среды , если первичный емкостный преобразователь и конденсатор интегрирующей цепи находятся в одинаковых условиях , а также компенсирует температурный дрейф усилительных элементов схемы. Полученный на выходе емкостно-электронного преобразователя период следования импульсов пропорционален измерительному перемещению и может быть преобразован любым известным методом в цифровой код, удобный для цифрового отсчета, последующей обработки информации и автоматизации процессов контроля и измерения . 1 ил. i ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧ1=СНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SUÄÄ 1221483 с51) 4 G 01 В 7/00

13,"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3756989/24-28 (22) 28.06.84 (46) 30.03.86, Бюл. У 12 (72) М,М.Сиразетдинов (53) 621.317.39:531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1026081, кл. G 01 R 27/26, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N- 1138384, кл. G 01 В 7/00, 1985. (54) ЕМКОСТНО-.ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОрАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям линейных перемещений с помощью двухэлектродных емкостных преобразователей. Цель изобретения состоит в повышении точности и расширении функциональных возможностей за счет преобразования перемещения в период.

Преобразователь перемещения содержит генератор импульсов, первый и второй ключи, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам разразнополярным выходам генератора импульсов, первую диодно-резисторную цепь, анод диода которой подключен к выходу первого ключа, вторую диодно-резисторную цепь, катод диода которой подключен к выходу второго ключа, емкостный первичный преобразователь, подключенный,к точке соединения катода и резистора первой диодно-резисторной цепи, конденсатор, подключенный к точке соединения анода диода и резистора второй диоднорезисторной цепи, фильтр низких частот, к выходу которого подключены резисторы первой и второй диоднорезисторных цепей, сумматор, первый вход которого подключен к выходу фильтра низких частот, и инверсный каскад с разделенной нагрузкой, выход положительной полярности которого соединен с входом первого ключа, а выход отрицательной полярности соединен с входом второго ключа, интегратор, вход которого подключен к выходу сумматора, выход соединен с входом инверсного каскада с разделенной нагрузкой, и делителем напряжения, входы которого подключены к выходу сумматора и источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом сумматора.

Наличие интегратора и делителя в схеме преобразователя и соответствующих связей между ними позволяет скомпенсировать погрешность, создаваемую изменениями температуры, влажности и давления окружающей среды, если первичный емкостный преобразователь и конденсатор интегрирующей цепи находятся в одинаковых условиях, а также компенсирует температурный дрейф усилительных элементов схемы. Полученный на выходе емкостно-электронного преобразователя период следования импульсов пропорционален измерительному перемещению и может быть преобразован любым известным методом в цифровой код, удобный для цифрового отсчета, последующей обработки информации и автоматизации процессов контроля и измерения. 1 ил.

1 12

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям линейных перемещений с помощью двухэлЕктродньгх емкостных первичных преобразователей, и мажет быть исполь зовано для автоматизации процессов контроля и измерения перемещений, Целью изобретения янляется повьгаение точности и расширение функциональных воэможностей эа счет преобразования перемещечия н период.

На чертеже приведена блок-схема емкостнс-электронногс преобразователя перемещения.

Преобразователь содержит генератор 1, на выходах которого формируют ся иьпгульсы напряжения противоположного знака, первый и второй ключи 2 и 3 соответственно, управляющие входы ксторьгх подключены к противофаэным выходам генератора 1 импульсов, первую диодно-резисторную цепь в видс последовательно соединенных диода 4 и резистора 5, вторчю диодно-резисторную цепь в виде последовательно

\ соединенных диода 6 и резистора 7, емкостный первичный преобразователь

8, подключенный K точке соединения катода диода А и резистора 5, конденсатор 9, подключенный к точке соединения анода диода 6 и резистора 7, фильтр 10 низких частот, к входу которого подключены резисторы

5 и 7 диодно-реэисторных цепей, сумматор II первый инверсный вход которого подключен к выходу фильтра 10 низких частот, делитель 12 напряжения„ выход которого -оединен с вторым входом сумматора 11, входы подключены к источнику опорного напряжения Ч и к выходу сумматора 11 через ограничивающую цепь, включающую стабилитрон 13, интегратор 14 с интегрирующим конденсатором 15, вход которого подключен к выходу сумматора 11, инверсный каскад 16 с разделенной нагрузкой, выход положительной полярности которого соединен с шиной питания nepaoro ключа 2, выход отрицательной полярности — c шиной питания второго ключа 3. Выходная шина устройства подключена к выходу сумматора I I

Емкостно-электронный преобразователь перемещения работает следующим образом.

При включении источника питания;, на выходе сумматора 11 за счет поло21483 2 жительной обратной связи, создаваемой делителем 12 напряжения, под действием опорного напряжения Ъ; устанавливается напряжение положительной полярности. Интегратор 14 интегрирует входное напряжение F., — напряжение стабилизации стабилитрона

13. При этом на выходах инверсного каскада 16 с разделенной нагрузкой формируются линейно возрастающие напряжения положительной и отрицательной полярности, равные пс величине, Еа входы ключей 2 и 3 поступают раэнополярные управляющие импульсы напряжения с выходов генератора 1 импульсов, и на выходах ключей 2 и 3 формируются состнетстненно импульсы напряжения положительной и отрицательной полярности. Емкостный первичный преобразователь 8 запитынается положительными импульсами с выхода первого ключа 2. При этом в точке соединения диода ч и резистора 5 формируются положительные импульсы напряжения с длительностью спада, определяемой постоянной времени цепи разряда емкостного первичного преобразователя 8, и с возрастающей во времени амплитудой, определяемой линейно возрастающим напряжением положительной полярности на шине питания ключа 2. В точке соединения диода 6 и резистора 7 формируются отрицательные импульсы напряжения с длительностью спада, определяемой постоянной времени цепи разряда конденсатора 9, и с возрастающей во времени амплитудой, определяемой линейно возрастающим напряжением отрицательной полярности на шике питания ключа 3.

При равенстве сопротивления нагрузок и питающих напряжений инверсного каскада 16 с разделенной нагрузкой, идентичности параметров диодно-резисторных цепей ч оптимальной емкости конденсатора 9, компенсирующего постоянную паразитную составляющую емкости первичного преобразователя 8, напряжение на выходе фильтра 10 низких частот пропорционально среднему значению суммы импульсных напряжений на емкостном первичном преобразователе 8 и конденсаторе 9.

53 Переключение сумматора ll npoucходит в момент равенства линейно возрастающего выходного напряжения фильтра 10 низких частот на первом

483 4 ся в одинаковых условиях, то период следования выходных импульсов определяется выражением

R S

Т = К вЂ” — - -. х, Г й, Я

В приведенном выражении период следования выходных импульсов линейно зависит от перемещения и не зависит от диэлектрической проницаемости среды. В то же время входной дрейф напряжения усилителя интегратора !4 не вносит погрешности в результат преобразования, поскольку вызывает одинаковые по величине, но разные по знаку приращения длительности импульса и паузы, период же следования выходных импульсов остается неизменным для текущего значения перемещения.

Полученный на выходе емкостноэлектронного преобразователя период следования импульсов может быть преобразован любым известным методом в цифровой код, удобный на отсчете, последующей обработки информации и автоматизации процессов контроля и измерения.

° Формула изобретения

Емкостно-электронный преобразователь перемещения, содержащий генератор импульсов, первый и второй ключи, управлякицие входы которых подклю- чены к соответствующим разнополярным выходам генератора импульсов, первую

55 диодно-резисторную цепь, анод диода который подключен к выходу первого ключа, вторую диодно-резисторную цепь, катод диода которой подключен.

3 1221 входе сумматора 11 и выходного напряжения делителя 12 напряжения на втором входе сумматора. Прн этом на выходе.сум- матора 11 устанавливается напряжение отрицательной полярности, которое интегрируется интегратором 14. На выходах инверсного каскада 16 с раз- где К деленной нагрузкой формируются линейно убывающие напряжения положительной и отрицательной полярности.

Соответственно на выходе фильтра 10 низких частот формируется линейно убывающее напряжение положительной R полярности, функционально связанное с параметрами емкостного первичного преобразователя. В момент равенства линейно убывающего выходного на Б пряжения фильтра 10 низких частот и выходного напряжения делителя 12 на- f пряжения происходит переключение сумматора ll и íà его выходе вновь S устанавливается напряжение положительной полярности, после чего описанный процесс повторяется. Длительность импульса и паузы формируемого импульсного напряжения на выходе сумматора ll определяется моментами переключения сумматора 11 при которых напряжение на выходе фильтра

10 низких частот, равно пороговым

30 налряжениям V„ и V, соответствующим сумме напряжения, пропорционального опорному V,, и напряжения,,пропорционального напряжению стабилитрона Ео, и разности напряжений, пропорциональных величинам Ч и Е .

В процессе формирования импульса выходное напряжение фильтра 10 низких частот возрастет от уровня напряже:ния V до уровня напряжения V,, а в процессе формирования паузы выходное напряжение фильтра lO низких частот убывает от уровня напряжения V до уровня напряжения V, при этом величина выходного напряжения фильтра

10 соответственно пропорциональна с 45 одинаковым по величине длительности импульса 1и и длительности паузы t и обратно пропорциональна измеряемому перемещению К, определяемому величиной зазора между пластинами емкостного первичного преобразователя

8.

Период Т следования выходных импульсов преобразователя равен сумме

t и и и также пропорционален измеряемому перемещению Х.

Если первичный емкостный преобразователь 8 и конденсатор 15 находят . коэффициент пропорциональности определяемым конкретно параметрами элементов дели-, теля, фильтра низких частот, элементами ключей и диоднорезисторных цепей; сопротивление интегрирующей цепи интегратора 14; площадь пластин конденсатора 15 интегрирующей цепи; расстояние между пластинами конденсатора 15; частота импульсов генератора 1; площадь электродов первичного преобразователя.

1221483

Составитель В.Мамонтов

Редактор M.Êåëåìåø Техред B.Êàäàð

Корректор М.Демчик

Заказ 1602/46 Тираж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r .Óêãîðîä, ул.Проектная, 4 к выходу второго ключа, емкостный первичный преобразователь, подключенный к точке соединения катода и резистора первой диодно-резисторной цепи, конденсатор, подключенный к точке соединения анода диода и резистора второй диодно-резисторной цепи, фильтр низких частот и инверсный каскад с разделенной нагрузкой, выход положительной полярности которого соединен с входом первого ключа, а выход отрицательной полярности соединен с входом второго ключа, отличающийся тем,.что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет преобразования перемещения в период, он снабжен интегратором, вход которого подключен к выходу сумматора, выход соединен с входом инверсного каскада с разделенной на-!

О грузкой, и делителем напряжения, входы которого подключены к выходу сумматора и источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом сумматора.