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

Изобретение относится к электроизмерительной технике , а именно к измерению перемещений.

Известно устройство для измерения перемещений, содержащее емкостный преобразователь и с:сему обработки измерительного сигнала f1.

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения . .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является емкостный,.измеритель перемещений, содержащий емкостный преобразователь перемещений с потенциальным электродом, экранирующим электродом с одним электрически прозрачным окном и тоновым электродом, состоящим из основных секций, генератор, подключенный к потенциальному электроду, коммутатор, состоящий из трехпозицмонных переключателей и имеюадай три выхода, компаратор токов с двумя дифференцйальньми обмотками, под- ключенными к перв.ым двум выходам кoм lyтaтopa, регулируемой обмоткой/ обмоткой смещения, включенной последовательно между общей точкой дифференциальных обмоток и регулируемой обмоткой, и указательной обмоткой, детектор равновесия, подключенный входом к указательной обмотке, выход которого связан с регулиру.емои обмоткой, и блок управления, состоящий, из последо вательно включенных импульсного пороговогр блока, вход которогоподключен к третьему выходу коммутатора, счетчика и дешифра:тора, выход которого связан с переключателями коммутатора Г2,

Недостатком известного устройств является невысокая точность измерения, вызванная наличием статичес. кой пох-решности измерения, обусловленной влиянием краевого эффекта на результат измерения, а также дина- мической погрешности, о.бъясняющейся невозмо); ностью организации следящего режима на границе поддиапазонов измерения.

Целью,изобретения являемся повышение точности измерения. . . Поставленная -цель достигается . тем, ч:го основные секции толкового электрода выполнены меньше ширины окна экранирующего электрода, меяду основными секцйями расположены п дополнительных секций, компара тор токов снабжен дополнительной обмоткой смещения, а измеритель снабжен rt + 1 двухпозициоиннми пере ключателями, П подвижных контактов которых подключены к дополнительным секциям токового электрода, а неподвихсиые контакты - к смежным основным секциям-, подвижный контакт п +1о переключателя подключен к регуируемой обмотке, один из его неодвихсных контактов подключен к обей точке измерителя,, а другой дополнительной обмотке смещения, торой вывод которой подключен к -обей точке измерителя.

Кроме того, размеры секций токоого электрода выполнены в соответтвии с соотношениями

гдеЛ о. ,(,.и л 6j, -соответственно /I ширина основной , и дополнительной секций токового электрода и окна экранирующего электрода;

ширина зоны крае.вого эффекта.

На чертеже приведена блок-схема емкостного измерителя перемещений.

Устройство содержит генератор 1, емкостный преобразователь перемещений с потенциальньп Электродом 2, подключенным к генератору 1, сканирующим электродом 3 с одним электричес ки прозрачным окном и токовым электродом с основными секциями 4.2, 4.4, 4.б и дополнительными секциями 4.1, 4.3, 4.5, расположенными между основными секциями, коммутатор 5, имеющий три выхода, переключатели б.Д, 6.2, 6.3 и 6.4, блок 7 упрдвления, состоящий из последовательно включенных импульсного порогового блока 3, вход которого подключен к третьему выходу коммутатора 5, счетчика 9 и деишфратора 10, связанного с переключателями коммутатора 5, компаратор 11 -токов, на который намотаны дифференциальные 12 и 13, последовательно соединенные обмотка 14 смещения и регулируемаяобмотка 15, а также дополнительная обмотка 16 и указательная обмотка 17. детектор 18 ра;вновесия, второй выход которого связан с подвижным контактом переключателя 6.4.

Работа устройства происходит в два этапа.

На первом этапе при помо1ди блока 7 управления выбирают рабочие секции токового электрода (поддиапазон измерения ). С этой целью при помощи блока 7 управления изменяют состояния коммутатора 5 до тех пор/ пика к входу блока 7 управления не окажется подключенной полностью экранированная секция токового элек рода, что является признаком правильно выбранного поддиапазона измерения.

Затем переходят к измерению перемещения на выбранном подциапаэо-; не. Пусть взаимное расположение эк фанирующего и токового электродов и состояние двухпозиционных переК 1ючателей, таково, что секций 4.3 и 4.4 подключены к одной, а секции 4.5 и .4-.6 - к другой дифференциальной обмотке компаратора 11 токов. Числа витков обмоток компаратора 11 токов выбраны таким образо что в этом исходном положении магнитный поток в компараторе 11 токо равен нулю, и, следоватеТгхьно, прибо уравновешен при нулевом числе витKUB регулируемой обмотки. При смещении экранирующего электрода 3 (вверх )в компараторе 11 тбков воз никает неравновесный магнитный поток, пропорциональный этому смещению и уравновешиваемый увеличением числа витков регулируемой обмотки 15. Таким образом.измеряется пвpe ющeниe до тех пор, пока края, окна экранирующего, электрода -не перейдут через края дополнительных секций 4.2 и 4.3. После этого, при некотором значении измеряемого пер мещения, переключают двухпозиционные переключатели б. При этом дополнительные секции 4.5 и 4.1 подключаются соответственно к основным секциям 4.2 и 4.6. Возникающий при этом скачок сигнала неравновесия компенсируется включением обмотки 16 при помощи двухпозици оиного переключателя 6.4. При этом положении секций идет измерение перемещения на заданном поддиапазоне до тех пор, пока число витков регулируемой обмотки не достигнет максимума, а измеренное перемещение не достигнет величины, равной ширине окна. При дальней- ; шем смещении экранирующего электрода НДС в компараторе 11 токов продолжает нарастать ( это может происходить до тех пор, пока экранирующий электрод сдвинется еще на величину, равную половине ширины дополнительной секции, тогда как уравновешивгиощий магнитный поток .( определяемый числом витков регулируемой обмотки 15) увеличиться не . По возникающему при этом сигналу неравновесия детектор 18 равновесия может выработать сигнал перехода на следующий нужный предел. Это позволяет обеспечить режим на границе поддиапазона и снизить динамическую погрешность измерения. Вместе с тем, край окна экранирующего электрода переходит через границу раздела между основной и дополнительной секциями токового :электрода тогда, когда они электрически соединены, поэтому искажения электрического поля, имеющие место на краю окна экранирукедего электрода, практически не будут влиять на результат измерения. Л

1. EMKOCTHbta ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЦЕНМИ, содер«ащи11 емкостный преобразователь перемещений с потенциальным электродом, экранирующим электродом с одним электрически прозрачным окном и токовым электродом, состоящим из основных секций, генератор, подключенньай к по- генциальнрму электроду, коммутатор, состоящий из трехпозиционных переключателей и имеющий три выхода, коьтаратор токов с двумя дифференциальными обмотками, подключенными к первым двум выходам коммутатора, регулируемой обмоткой, обмоткой смещения, включенной последовательно междуобщей точкой дифферевциальнызс обмоток и регулируемой обмоткой, и указательной обмоткой, детектор равновесия, подключенный к указательной обмотке, выход которого связан с регулируе «эй обмоткой, и блок управления, состоящий из последовательно включенных импульсного порогового блока, вход которого подключен к третьему выходу ко1-в«1утатора, счетчика и дешифратора, выход которого связан с переключателями коммутатора, отличаюадийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, основные секции токового электрода выполнены меньше ширины окна экранирующего электрода, между основными секциями расположены п дополнительных секций, компаратор токов снабжен дополнительной обмоткой смещения, а измеритель снабжен п -ь 1 двухпозиционными переключателями, п подвижных контактов которых подключены к дополнительным секциям токового электрода, а неподвижные контакты - к смехсным основным секциям, подвихсный контакт п + 1-го переключателя подключен к регулируемой обмотке, один из его неподвижньйс контактов подключен к об1аей точке измерителя, а другой - к догйолнительной обмотке смещения, второ: вывод которой- подключен к общей точ-S ке измерителя, 2. Емкостшлй измеритель по п. 1, отличающийся тем, что размеры секций токового электрода вшюлнены в соответствии с соотношениями t . где соответственно .мирина основной и дополнительной секций токового электрода и окна экранирующего электрода, Лв,р- ширина зоны краевого эффекта.