Дифференциальный емкостной датчик линейных перемещений

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4704539/28 (22) 14,06.89 (46) 07.06.92. Бюл.¹21 (75) В.С.Мельник, В.П.Кантемиров, Ю.П,Бородин и А;А.Пчолинский (53) 621.317.39:531.71 (088.8) (56) Агейкин Д.И., Костина Е.Н. и Кузнецова

Н.Н, Датчики контроля и регулирования. M.;

Машиностроение, 1965, с, 203, Авторское свидетельство СССР

N1226015,,кл, G 01 В 7/00, 1984. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для . высокоточного преобразования линейного

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного преобразования линейного перемещения в пропорциональный электрический сигнал.

Известен дифференциальный емкостной датчик линейных перемещений, содержащий пару установленных с зазором электродов, подключенных к выходным клеммам датчика, и размещенный в зазоре между электродами с возможностью перемещения по нормали к ним экран, связываемый в процессе измерения с объектом контроля, Однако выходная характеристика известного датчика имеет линейный участок в малых пределах диапазона измерения, Наиболее близким по технической сущности изобретению является дифференциальный емкостной датчик линейных перемещений, содержащий две пары уста„„. Ы„„1739182 А1 перемещения в пропорциональный электрический сигнал, Цель изобретения — линеаризация выходной характеристики датчика на краях диапазона измерения. Датчик содержит два электрода, установленных с зазором. и два конденсатора связи, подключенных между ними и выходными клеммами датчика, В зазоре между электродами размещен экран, соединенный с общей точкой заземления и установленный с возможностью перемещения по нормали к электродам. В процессе измерения экран связывают с объектом контроля, Электрическая емкость конденсаторов связи в несколько раз меньше емкости одного иэ электродов относительно экрана при симметричном расположении экрана между электродами. 1 ил, новленных с зазором электродов и размещенный B зазорах между электродами с возможностью перемещения по нормали к ним экран, соединенный с общей точкой заземления и связываемый в процессе измерения с объектом контроля, два конденсатора связи, соединяющие каждый из электродов первой пары, подключенных к выходным I00 клеммам датчика, с расположенным по дру- ) гую сторону от экрана электродом второй пары, емкость конденсаторов связи во много раз больше номинальной емкости датчика, Выходная характеристика этого датчика имеет удлиненныи линейный участок, однако на краях диапазона измерения она существенно отклоняется эт прямой.

Цель изобретения — линеаризация выходной характеристики датчика на краях диапазона измерения.

1739182

Дифференциальный емкостной датчик линейных перемещений содержит два установленных с зазором электрода, подключенные между ними и выходными клеммами датчика два конденсатора связи и разме- 5 щенный в зазоре между электродами экран, соединенный с общей точкой заземления и установленный с возможностью перемещения по нормали к электродам.

Электрическая емкость конденсаторов 10 связи в несколько раз меньше емкости одного из электродов относительно экрана при симметричном расположении экрана между электродами.

На чертеже приведена схема диффе- 15 ренциального емкостного датчика линейных перемещений.

Датчик содержит два установленных с зазором электрода 1 и два конденсатора 2 связи, подключенные между электродами 1 20 и выходными клеммами 3 датчика. В зазоре между электродами 1 размещен экран 4, соединенный с общей точкой 5 заземления и установленный с возможностью перемещения по нормали к электродам 1. В про- 25 цессе измерения экран 4 связывают с объектом контроля (не показан).

Дифференциальный емкостной датчик линейных перемещений работает следующим образом. 30

Если электрические емкости конденсаторов 2 связи равны между собой, то в исходном состоянии датчика, когда экран 4 симметрично расположен в зазоре между электродами 1; емкости С и С выходных 35 клемм 3 датчика относительно экрана 4 также равны между собой, что соответствует нулевому значению разностной емкости

ЛС = С вЂ” Cz. При перемещении экрана 4 от положения симметрии на величину х емко- 40 сти С (х) и Cz(x) изменяются так, что одна из них увеличивается с ростом х, а другая уменьшается, Зависимость Л С (x), пре1 дставляющая выходную характеристику датчика, описывается выражением 45

2Яо $х (1)

dz ((1 + К) — (— ) ) где Eo — диэлектрическая постоянная;

S — площадь электрода 1;

d — расстояние между электродами 1 и экраном 4 в положении симметрии экрана

К = я, Я/(Cd) — коэффициент, показывающий во сколько раз емкость С конденсаторов 2 связи меньше емкости я, $/d одного из электродов 1 относительно экрана 4 при симметричном его расположении между электродами 1.

Из формулы (1) видно, что в случае К = 0 (обкладки конденсаторов 2 связи короткозамкнуты) при больших перемещениях экрана 4, когда IxI - Cl, IЛС - оо . Это свидетельствует о нелинейности выходной характеристики датчика на краях диапазона измерения, если условия ее линеаризации не соблюдены, Если емкость С конденсаторов 2 связи в несколько раз меньше емкости одного из электродов 1 относительно экрана 4 в положении его симметрии между электродами 1 и коэффициент К удовлетворяет неравенству (1+ K)z» 1, то вычитаемым в знаменателе формулы (1) можно пренебречь и записать

ЛСи — 2" $ (г)

Р(1+К)г

В ы раже ние (2) и редставляет л инеаризованную выходную характеристику датчика на краях диапазона измерения, где I x I < d.

Формула изобретения

Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений, содержащий два установленных с зазором электрода, подключенные между ними и выходными клеммами датчика два конденсатора связи и размещенный в зазоре между электродами экран, соединенный с общей точкой заземления и установленный с возможностью перемещения по нормали к электродам. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики на краях диапазона измерения, электрическая емкость конденсаторов связи меньше емкости одного из электродов относительно экрана при симметричном расположении экрана между электродами.

1739182

Составитель B.Måëüíèê

Редактор С.Патрушева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н,Король

Заказ 1994 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101