Емкостный измерительный щуп Советский патент 1983 года по МПК G01B7/06 G01B7/14 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано для измерения рас стояний между емкостным измерительным щупом и электропроводящим материалом. При этом с помощью емкостного измерительного щупа могут быть измерены и плавные изменения толщины и расположение ограничительных кромок электропроводящего материала Известен емкостный измерительный зонд, примеьГяемый в уровнемере по DE-AS 2 kkB 205, в котором зондовый электрод выступает внутрь измеряемого объема. Под воздействием загружаемого материала деформируетс поле зондового электрода по сравнению к состоянию без наличия загружаемого материала. В результате этого изменяются емкостные соотАошения и производится индикация в схеме для обработки данных. Из-за недостаточно качественного экранирования данный емкостный зонд непригоден для измерения незначительиых расстояний между зондовым электродом и контролируемой электропроводной поверхностью. Специальная конструкция экранирующего устройства для многодорожеч ных электромагнитных головок для записи и/или воспроизведения сигналов описывается в хозяйственном патенте DD-WP129 .. При этом экранировка образуется из соединения электропроводящих и диэлектрических слоев, которые составляют экранирующие пластины и из общей для всех магнитных систем пластины для деформации поля. Экранирующие пластины при этом размещаются между отдельными магнитными системами и уве личивают переходное затухание. Цель изобретения - создание емкостного измерительного шупа, пригодного для определения самых минимальных емкостей между измерительны шупом и электропроводящим материало .и для регистрации их. При этом конструкция измерительного щупа должна быть простой и иметь небольшую измерительную площадь. Изобретение относится к емкостно му измерительному шупу, у которого посредством специального конструкти ного выполнения экранировки почти полностью подавляются мещающие по отношению к земле емкости и мешающи связи, из-за чего обеспечивается из мерение самых минимальных расстояний до проводящей поверхности. Емкостный измерительный шуп состоит .из заземленного экрана в виде закрытой сверху полой детали. В пределах экрана находится первый электрод, оканчивающийся снизуна одном уровне с экраном.Над первымэлектродом размещается второй электрод. Внутри первого электрода и в некоторых случаях в выемке или пазу во втором электроде размещен третий электрод, выполненный в виде щтыря связи с измерительной площадкой, причем последняя заканчивается на одном уровне с экраном и первым электродом. ространство между экраном, электроами и соединительнь1м штырьком заполено диэлектриком. При этом толщина тенок между отдельными электропроводящими элементами одинаковой велиины. В пределах экрана, над вторым электродом, размещается усилительный элемент. Первый электрод соединен со входом измерительного шупа через первое отверстие экрана, а второй электрод соединен со входом усилительного элемента, который через второе тверстие в экране соединен с выходом емкостного измерительного шупа. Оказывается выгодным, если усилительным элeмeнтqм является транзистор с полевым эффектом, затвор которого представляет собой вход усилительного элемента, сток представляет собой его выход, а исток соединен с экраном. Экран между первым и вторым электродами снабжен развязывающим выступом. Это приводит к снижению мешающей связи между электродами. Оказывается выгодным, если измерительная площадка штыря незначительно выходит за пределы внешних торцов экрана и первого электрода, так как в случае соприкосновения измеряемой поверхности с изолированным со всех сторон штырем связи исключается возникновение к.3. между остальными электропроводящими деталями шупа. Конструктивная конфигурация измерительного шупа должна быть специфичной для разных способов измерения. Если преимущественно должно замеряться расстояние, то благоприятным оказывается круглое сечение экрана. Для определения расположения ограничительHbix кромок электропроводящего материала выгодным оказывается прямоугольное сечение экрана. . В результате изменения расстояния изменяются емкости между экраном, первым электродом и соединительным штырьком. В момент приложения переменного напряжения ко входу шупа на выходе его появляется выходное переменное напряжение,:зависящее от расстояния до проводящей поверхности. На фиг.1 показана схема размещени емкостного измерительного шупа отно.сите/1ьно проводящей поверхности; на фиг.2 - сечение шупа; на фиг.З - схе ма занещ ния емкостного шупа; на фиг. и фиг.5 - другие варианты ис,полнения емкостного щупа; Емкостный измерительный шуп 1 пре назначен для измерения расстояния d до электропроводящего материала 2 ил для определения расположения ограничительных кромок электропроводящег материала 2. Емкостный измерительный шуп 1 содержит заземленный экран 3 в виде закрытого сверху пустотелого элемента. Внутри экрана 3 раз1мещается первый электрод k, над которым расположен второй электрод 5 В отверстии электрода k и вблизи электрода 5 раз мещен соединительный штырь 6 связи, имеющий измерительную площадку 7 При этом измерительная площадка 7 не значительно выступает за пределы пло щадки, образованной нижними торцами экрана 3 и электрода ( для того, что бы избегать появления к.з. между электропроводящими деталями щупа при его установке на электропроводящий материал 2. При этом пространство между экраном 3, электродами , 5 и соединител ным штырем 6 заполняется диэлектриком с низкой диэлектрической пронициаемостью, благодаря чему эти детал оказываются изолированными друг от друга гальванически. При этом следует выбрать одинаковую толщину стен ки диэлектрика 8 между отдельными деталями. В пределах экрана 3 и над электро дом 5 размещен усилительный элемент 9. Экран 3 имеет между электродами k и S развязывающий выступ 10, что снижает риск мешающей связи между этими электродами. Электрод t соединен посредством первого отверстия 11 экрана 3 с входом Е шупа, второй электрод 5 соединен с входом усилительного элемента а выход усилителя посредством второго отверстия 12 в экране 3 соединен с выходом А цупа. Принцип работы емкостного измерительного щупа поясняется на основании схемы замещения (фиг.З). . Существуют следующие емкости: емкость Сц между электродом Ц и штырем 6 связи, емкость С между штырем 6 и электродом 5 и измерительная емкость Су между штырем 6 и находящимся под ; потенциалом экрана проводящим материалом 2. Кроме того, существют паразитные емкости Ср между соединительным штырем 6 и экраном 3 и Ср между электродами А и 5, величины которых сохраняются минимальными за счет выполнения экранирующего выступа 10 между ними. Другие емкостисуществуют между экраном 3 и электро° емкостью С,, а также между экраном 3 и электродом 5с подключением параллельно расположенной входной емкости усилительного элемента 9 с емкостью Сдл емкость приводит к искажению результатаизмерения, а ее мешающее влияние всего лишь сказывается в нагрузке переменного напряжения питания YQ. Поэтому емкость С„ показана на фиг.З только условно. Если подключить на вход Е напряжение UQ питания переменного тока, то происходит деление напряжения на вышеуказанных емкостях емкостного измерительного (цупа 1. Благодаря наличию развязывающего выступа 10 паразитная емкость Ср . поддерживается в пренебрежительно малых пределах. Благодаря этому получаем для выходного напряжения Уд в зависимости от замеряемого расстояния d. W2 К. (в,) Дйполнительной целью является поддерживание паразитной емкости Ср малой за счет выбора специальной конструкции 1цупа, так как влияние от Ср подавляет собственный эффект измерения. Переменной емкостью является : емкость Су заданная изменяющимся расстоянием d измерительной площадки 7 штыря 6 связи до проводящей поверхности 2.

Признано изобретением по резуль laraM экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской Лемократической республики.

У//7//7////////А %

(30иг.

Ua

9

/// //////Л

7/ XЧ

......i;.....5i;

/// // /7//7// /

фигЛ

ZZZZZ

2 7

(раг.5