Емкостно-электронный преобразователь перемещения в напряжение Советский патент 1983 года по МПК G01D5/241 

Изобретение относится к -измерительной технике, в частности к пре образователям перемещения в напряжение с помощью двухэлектроднызс емкостных датчиков с изменяемой ве личиной зазора. . Известно устройство для измерен перемещений, содержащее электронный ключ, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, две диодно-резисторные цепи, аноды диодов подключены к выходу элект1)рнного ключа, катоды через резисторы соединены с входами измерительного прибора, двухэлектродный.емкостный датчик и конденсатор сравнения, подключенные к точкам соединения катодов диодов .и резисторов ди одно-резисторных цепей Измеритель ный прибор показывает разность то,ков разряда, пропорциональную разности емкостей датчика и конденсатора сравнения Cl. Недостаток известного устройств нелинейная зависимость выходного п раметра от перемещения; Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является .устройство для преобразования п -ремещения в напряжение, содержащее электронный ключ, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первую и вторую диоднорезисторные цепи, аноды диодов которых подключены к выходу электрон ного ключа, катоды соединены ч.ерез резисторы соответственно с входами первого и второго;фильттров низких частот, двухэлектродны емкос -ный датчик, потенциальный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резистора первой диодно-резисторной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров низких частот, второй сумматор, прямой вход которого подключен к источнику опо ного напряжения, инверсный вход подключен к выходу первого суммато а выход соединен с введенной выход ной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа 2 . Недостатком данного устройства является низкая точность измерения обусловленная влиянием непараллель ности пластин емкостного датчика. Цель изобретения - повышение то ности измерения. Указанная цель достигается тем, что в емкостно-электронный преобра зователь перемещения в напряжение, содержащий электронный ключ, вход которого подключен к выходу генератора импульсоз, первую и вторую диодно-резисторные цепи, аноды диодов которых подключены к вккоду электронного ключа, катоды,соединены через резисторы соответственно с входами первого и второго фильтров низких частот, двухэлектродный емкостный датчик, потенциальный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резистора первой диодно-реэисторной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подклю.чены соответственно к выходам первого . и второго фильтров низких частот, второй сумматор, прямой вход которого подключен к источнику опорного н.апряжения, инверсный вход подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен с выходной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа, введены блок обратно пропорционального преобразования сигнала и делитель напряжения, причем вход блока обратнопропорционального преобразования сигнала подключен к выходу,второго сумматора, выход соединен с входом делителя напряжения, к выходу которого подключен дополнительный инверсный вход первого, сумматора, а потенциальный ,электрод емкостного датчика выполнен шарообразным На чертеже приведена блок-схема емкостно-электронного преобразователя перемещения в напряжение Емкостно-электронный преобразо- i . ватель содержит генератор 1 импульсов , выход которого соединен с входом электронного ключа 2, первую диодно-рези,сторную цепь, образованную диодом 3 и резистором 4, и вторую диодно-резисторную цепь, образованную диодом 5 и резистор-эм 6 Потенциальный электрод 7 емкостного датчика шарообразной формы -подключен к точке соединения катода диода 3 и резистора 4 первой диодно-резисторной цепи. Входы первого 8 и второго 9 фильтров низких частот подключены к соответствующим свободным выводам резисторов 4 и б, а выходы соединены соответственно с прямым и инверсным входами первого сумматора 1,0 Прямой вход второго сум;иатора 11 подключен к источнику опорного напряжения UQ,, инверсный вход подключен к выходу первого сумматора 10, а выход соединен с выходной шиной устройства, являющейся шинсЗй питания, электронного ключа 2, а также входом блока.12 обратно пропорционального преобразования сигналд. Выход блока 12 обратно пропорционгшь- ного преобразования сигнала соединен с входом делителя 13 напряжения, к выходу которого подключен инверсный вход первого сумматора 1,0 Блок 12 обратиопропорционального преобразования сигнала может быть выполнен по д.юбой известной схеме, например, в виде последовательно соединенных логарифмирующего усилителя, схемы вычитания и антилога рифмируюадего усилителя . Емкостно-электронный преобра. работает следующим . Потенциальный электрод 7 емкост ного датчика записывается прямоугол ными импульсами с выхода электронного ключа 2, управляемого от генератора 1 импульсов, через первую ди одно-резисторную цепь, состоящую из даода 3 и резистора .4, При этом в точке соединения диода 3 и резистора 4 формируются импульсы напряжения с длительностью спада, опр деляемой постоянной времени разряд ной цепи емкостного датчика, а . в точке соединения диода 5 и резист ра б второй диодно-резисторной цепи формируются импульсы Напряжения, близкие по форме к прямоугольным На выходах фильтров 8 и 9 низких частот формируются напрянсения, про порциональные средним значениям эти импульсных напряжений. На выходе сумматора 10 формиру-ется напряжение определяемое напряжениями на его вхрдах, которое затем сравнивается с опорным напряжением UQ на втором сумматоре 11 . Выходное напряжение второго сумматора 11 подается на ши ну питания электронного ключа 2, и по его величине судят о-текущем значении перемещения. . При отсутствии напряжения на выходе делителя 13 характеристика преобразования перемещение - выходное напряжение имеет нелинейный начальный участок характеристики, обусловленной зависимостью емкости системы электродов шарообразной формы и плоскости, выражаемой суммой ряда гиперболических функций. Изменением коэффициента передачи делителя ХЗ устанавливают напряжение на инверсном входе сумматора 10, равным оптимальному значению, при котором выходная характеристика преобразования близка к линейной . Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет инвариантности шарообразного электрода относительно плоскости заземленного .электрода емкостного датчика. Введение новых элементов (блока обратно пропорционального преобразования сигнала и делителя напряжения) уменьшает нелинейность характеристики преобразования. Расчетным путем получено, что соответствующим выбором параметров блока обратно пропорционального преобразования сиг;1ала и делителя напряжения можно получить погрешность нелинейности не более |0,5% в диапазоне перемещений ;0,1 - 1,ОР (где R - радиус шарообразного электрода). Экспериментально получен диапазон преобразования перемещения в напряжение 1-4 мм ( R 1-2 мм) и нелинейности характеристики преобразования 1-2%, определяемой качеством -настройки преобразовать еля. Предлагаемое устройство может найти применение при бесконтактном измерении перемещений и механических колебаний различных объектов

ЕМКСКЛ НО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБ ТАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий электронный ключ, вход которого подключен к выходу / генератора импульсов, первую и вторую диодно-резисторные цепи, аноды , диодов которых подключены к выходу электронного ключа, катоды соединены через резисторы соответственно с входами первого и второго фильтрсж низт ких частот, двухэлектродный емкостный датчик, потенциальный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резисторапер...1 )вой диодно-резисторной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров низких частот, второй сумматор, прямой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, инверсный вход подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен с выходной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа, о т л и.чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок обратно Пропорционального преобразования сигнала и делитель напряжения, i причем вход блока обратно пропорционального преобразования сигнала (О подключен к выходу второго сумматрра вькод соединен с входом делителя . напряжения, к выходу которого подключен дополнительный инверсный вход первого сумматора, а потенциальный электрод емкостного датчика выполнен шарообразным05