Емкостной датчик перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B7/00 

Ю Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь I эовано в устройствах для измерения перемещений и деформаций. Известен емкостной датчик переме щений, содержащий установленные соосно статор и ротор, выполненный из диэлектрика с малым термическим коэффициентом С . Недостаток известного устройства сложность изготовлений рото ра из материалов типа кварца, Наиболее близким к предлагаемому является емкостной датчик перемещений, содержащий установленные соосно статор и ротор, выполненный в виде токопроводящего штока, и бло обработки сигнала С2}о Недостаток устройства - невысокая точность намерения. Цель изобретения - повышение точ ности измерений„ Поставленная цель достигается тем что в емкостном датчике перемещений содержащем установленные соосно статор и ротор V выполненный в виде токопроводящего штока, и блок обработк сигналар на токопроводящий шток рото ра нанесена кольцевая проточка, статор выполнен в виде трех концентрически расположенных полых цилиндров из диэлектрика с малым термическим коэффициентом, на внешней поверхности внутреннего цилиндра размещены два то опроводящих пояса, каждый из которых охватывает шток и часть проточки 5 i-;a внешней поверхности сре него цилиндра симметрйчно размещены три токопроводящих пояса с выводами таким образом, что средний пояс охватывает равные части токопроводящих поясов внутреннего цилиндра, нз внешней поверхности наружного цилиндра и на торцах всех цилиндров размещен токопроводящий экран, а блок обработки сигнала выполнен в виде двух последовательно соединен.ных операционных усилителей, выходы которых подключены к крайним токопро Бодящий поясам среднего цилиндра, генератора, выход которого подключен к входу первого операционного усилителЯа переменного резистора, крайние выводы которого подключены к выходам генератора и первого операцмонного усилителя, а средний вывод соединен с входами операционных усилителей j измерительного усилителя, вход которого подключен к среднему токопроводящему поясу среднего ци- . линдра, усилительно-детектирующего блока, входы которого подключены к выходам генератора и измерительного усилителя, и регистратора, включенного на выходе усилительно-детектирующего блока. На фиг. 1 приведено конструктивное выполнение предлагаемого емкостного датчика; на фиг. 2 - функциональная схема. Емкостной датчик содержит ротор в виде токопроводящего штока 1 с кольцевой проточкой 2, статор в виде трех концентрически расположенных цилиндров 3-5 два токопроводящих пояса 6 и 7 внутреннего цилиндра 3, три токопроводящих пояса 8-10 среднего цилиндра с выводами П и экран 12, размещенный на внешней стороне внешнего цилиндра 5 и на торцах цилиндров 3-5. Ротор и токопроводящие пояса 6и 7 образуют переменные конденсаторы 13 и I (фиг. 2). Токопроводящий пояс 9 образует с поясами 6 и 7конденсаторы 15 и 16 постоянной емкости, а пояса 6 и 8 и 7 и 10 соответственно конденсаторы 17 и 18. Блок обработки сигнала содержит первый 19 и второй 20 операционные усилители 19 и 20, генератор 21, подключенный к входуь усилителя 19, Переменный резистор 22, измерительный усилитель 23, усилительно-детектирующий блок 2k, подключенный к выходам генератора 21 и усилителя 23, и регистратор 25, включенный на выход блока . Устройство работает следующим образом. Измеряемое перемещение штока ротора вызывает изменение емкостей конденсаторов 13 и 1 противоположного знака. Конденсаторы 17 и 13 и соответственно 18 и 14 являются деителями выходных напряжений операионных усилителей 20 и 19, Так как напряжения на операционных усилитеях 19 и 20 противофазны, то и наряжения относительно корпуса на конденсаторах и 13 также противоазны. Эти напряжения прикладываются соответственно к конденсаторам 16 и 15, через которые протекают ротивофазные токи, которые суммиуются на входе измерительного усиителя 23, Алгебраическая сумма этих оков пропорциональна разности их

модулей и выходному напряжению измерительного усилителя 23. Начало отсчета устанавливается с помощью резистора 22, Вследствие того, что модуль каждого из этих токов пропорционален напряжению на конденсаторах Т и 13, алгебраическая сумма их пропорциональна разности напряжений на конденсаторах k и 13 которая, в свою очередь, пропорциональна перемещению штока 1. Таким образом, напряжение на выходе измерительного усилителя 23 пропорционально перемещению штока 1. Это напряжение через усилительно-детектирующий блок 2k поступает на регистратор 25. Конструкция и схема включения емкостного датчика перемещений такова, что монтажные емкости не оказывают влияния на характеристики датчика, так как они шунтированы низкоомными выходными сопротивлениями операционных усилителей 19 и 20 и входным сопротивлением измерительного усилителя 23. Стабильность емкости конденсаторов 13 - 18 обеспечивается выбором материала цилиндров .

Изобретение позволяет повысить точность измерения перемещений.

ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК nEPEMEUlEНИЙ, содержащий установленные соосно статор и ротор, выполненный в виде токопроводящего штока, и блок обработки сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, на токопроводящий шток ротора нанесена кольцевая проточка, статор выполнен в виде трех концентрически расположенных полых цилиндров из диэлектрика с малым термическим коэффициентом, на внешней поверхности внутреннего цилиндра размещены два токопроводящих пояса, каждый из которых охватывает шток и часть проточки, на внешней поверхности среднего цилиндра симмет- . рично размещены три токопроводящих пояса с выводами таким образом, что средний пояс охватывает равные части токопроводящих поясов внутреннего цилиндра, на внешней поверхности наружного цилиндра и на торцах всех цилиндров размещен токопроводящий экран, a блок обработки сигнала выполнен в виде двух последовательно соединенных операционных усилителей , выходы которых подключены к крайним токопроводящим поясам среднего цилиндра, генератора, выход которого подключен к входу первого g операционного усилителя, переменно(Л го резистора, крайние выводы которого подключены к выходам генератора и первого операционного усилителя, a средний вывод соединен с входами операционных усилителей, измерительного усилителя, вход которого подключен к среднему токопроводяо со щему поясу среднего цилиндра, усилительно-детектирующего блока, вхо01 ды которого подключены к выходам ге4 нератора и измерительного усилителя, О СО и регистратора, включенного на выходе усилительно-детектирующег.о блока.

I .i