Емкостно-электронный преобразователь перемещения Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям линейных перемещений с помощь двухэлектродных емкостных первичных преобразователей, и может быть испол эовано для автоматизации процессов контроля и измерения перемещений.

Целью изобретения является повышение точности, и расширение фушсцио- нальных возможностей за счет преобразования перемещения в периоде

На чертеже приведена блок-схема емкостно-электронного преобразователя перемещения.

Преобразователь содержит генератор 1J на выходах которого формирзгют ся ш-тульсы напряжения противоположного знака, первый и второй ключи 2 и 3 соответственноэ управляющие входы которых подключены к противофазньЕ выходам генератора импзшьсов, первую диодно-резисторную цепь э виде последовательно соединенных диода 4 и резистора 5,, вторую диодно-резис- торную цепь в виде последовательно соединенных диода 6 и резистора 7, емкостный первичный преобразователь 8j подключенный к точке соединения катода диода 4 и резистора 5, конденсатор 9j подключенный к точке соединения анода диода 6 и резистора 7, фильтр 10 низких частот, к входу которого подключены резисторы 5 и 7 диодно-реэисторных цепей, сумматор первый инверсный вход которого подключен к выходу фильтра 10 низких частот, делитель 12 напряжения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 11, входы подключены к источнику опорного напряжения VQ и к выходу сумматора }1 через ограничивающую цепь, включающую стабилитрон интегратор 14 с интегрирующим конденсатороь 15, вход которого подключен к выходу сумматора II, инверсный каскад 16 с разделенной нагрузкойу выход положитель ной полярности которого соединен с шиной питания первого ключа 2, выход отрицательной полярности - с шиной питания второго ключа 3. Выходная . шина устройства подключена к в лсоду сумматора 11.

Емкостно-электронный преобразователь перемещения работает следующим образом.

При включении источника питания , на выходе сумматора П за счет пололгительной обратной связи, создаваемой делителем 12 напряжения, под действием опорного напряжения Vg уста- 1гавливается напряжение положительной полярности. Интегратор 14 интегрирует входное напряжение Е - напряжение стабилизации стабилитрона 13. При этом на выходах инверсного каскада 16с разделенной нагрузкой

4 ормируются линейно возрастающие напряжения положительной и отрицательной полярности, равные по величине ,

На входы ключей 2 и 3 поступают

разнополярные управляющие импульсы напряжения с выходов генератора I импульсов, и на выходах ключей 2 и 3 формируются соответственно импульсы напр.чжения положительной и отрицэ

тельной полярности. Емкостный первичный преобразователь 8 запитывается положительными импульсами с выхода первого ключа 2, При этом в точке соединения диода 4 и резистора 5 формируются положительные импульсы на- прялсення с длительностью спада, определяемой постоянной времени цепи раз ряда ем1 остного первичного преобразователя 8, и с возрастающей во времени а:мплитудой, оп ределяемой линейно возрастающим напряжением положительной полярности на шине питания ключа 2. В точке соединения диода 6 и резистора 7- формируются отрицательные ямпyльcы напряжения с длительностью спадаJ определяемой постоянной времени цепи разряда конденсатора 9, и с возрастакнцей во времени амплитудой, определяемой линейно возрастггющим напряжением отрицательной полярности на шине питания ключа 3. При 1 авенстве сопротивления нагрузок к питаювдих напряжений инверсного каскада 16 с разделенной нагрузкой,

идентичности параметров диодно-резис- торных цепей и оптимальной емкости конденсатора 9, компенсирующего постоянную паразитную составляющзто емкости первичного преобразователя 8,

напряжение на выходе фильтра 10 низких частот пропорционально среднему знач€1Нию суммы импульсных напряжений на емкостном первичном преобразователе 8 и конденсаторе 9.

. Переключение сумматора 1 происходит в момент равенства линейно возрастающего выходного напряжения фильтра 10 низких частот на первом

31

входе сумматора 1 1 и выходного напряжения делителя 12 напряжения на втором входе сумматора. При этом на выходе.сум- матора 11 устанавливается напряжение отрицательной полярности, которое интегрируется интегратором 14. На выходах инверсного каскада 16 с разделенной нагрузкой формируются линейно убывающие напряжения положительной и отрицательной полярности. Соответственно на выходе фильтра 10 низких частот формируется линейно убывающее напряжение положительной полярности, функционально связанное с параметрами емкостного первичного преобразователя. В момент равенства линейно убывающего выходного напряжения фильтра 10 низких частот и выходного напряжения делителя 12 напряжения происходит переключение сумматора 11 и на его выходе вновь устанавливается напряжение положительной полярности, после чего спи- санный процесс повторяется. Длительность импульса и паузы формируемого импульсного напряжения на выходе сумматора 11 определяется моментами переключения сумматора 11, при которых напряжение на выходе фильтра 10 низких частот, равно пороговым напряжениям V и V,, , соответствующим сумме напряжения, пропорционального опорному Vg , и напряжения, пропорционального напряжению стабилитрона Ео, и разности напряжений, пропорциональных величинам V и Е.

В процессе формирования импульса выходное напряжение фильтра 10 низких частот возрастет от уровня иапряже- (Ния V до уровня напряжения V , а в процессе формирования паузы выходное напряжение фильтра 10 низких частот убывает от уровня напряжения V| до уровня напряжения V, , при этом величина выходного напряжения фильтра 10 соответственно пропорциональна с одинаковым по величине длительности импульса t, и длительности паузы t и обратно пропорциональна измеряемому перемещению X, определяемому величиной зазора между пластинами емкостного первичного преобразователя

8.

Период Т следования выходных импульсов преобразователя равен сумме -ц м также пропорционален измеряемому перемещению X,

Если первичный емкостный преобразователь 8 и конденсатор 15 находят

21483

ся в одинаковых условиях, то период

следования ВЫХОДНЬЕХ импульсов определяется выражением

Т К 5; §15. ., v

5 . f d,,S

где К - коэффициент пропорциональ- ности определяемым конкретно параметрами элементов дели- , . теля, фильтра низких частот, элементами ключей и диодно- резисторных цепей; R - сопротивление интегрирующей

цепи интегратора 14; - площадь пластин конденсатора 15 интегрирующей цепи; - расстояние между пластинами

конденсатора 15; f - частота импульсов генератора 1;

S - площадь электродов первичного преобразователя.

15

20

В приведенном вьфажении период следования выходных импульсов линейно зависит от перемещения и не зависит от диэлектрической проницаемости среды. В то же время входной дрейф напряжения усилителя интегратора 14 не вносит погрешности в результат преобразования, поскольку вызывает одинаковые по величине, но разные по знаку приращения длительности импульса и паузы, период же следования выходных импульсов оста- ется неизменным для текущего значения перемещения.

Полученный иа выходе емкоетно- электронного преобразователя период

следования импульсов может быть преобразован любым известным методом в цифровой код, удобный на отсчете, последующей обработки информации и автоматизации процессов контроля и

измерения.

Формула изобретения

Емкостно-электронный преобразова- тель перемещения, содержащий генератор импульсов, первый и второй ключи, управляющие входы которых подклю- чены к соответствующим разнополярным выходам генератора импульсов, первую диодно-резисторную цепь, анод диода который подключен к выходу первого ключа, вторую диодно-резисторнзто цепь, катод диода которой подключен.

к выходу второго ключа, емкостный первичный преобразователь, подключенный к точке соединения катода и резистора первой диодно-резисторной цепи, конденсатор, подключенный к точке соединения анода диода и резистора второй диодно-резисторной цепи, фильтр низких частот и инверсный каскад с разделенной нагрузкой, вы-- ход положительной полярности которого соединен с входом первого ключа, а выход отрицательной полярности соединен с входом второго ключа, о т

личаюцийся тем,- что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет преобразования перемещения в период, он снабжен интегратором , вход которого подключен к выходу сумматора, выход соединен с входом инверсного каскада с разделенной нагрузкой, и делителем напряжения, входы которого подключены к выходу сумматора и источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом сумматора.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям линейных перемещений с помощью двухэлектродных емкостных преобразователей. Цель изобретения состоит в повышении точности и расширении функциональных возможностей за счет преобразования перемещения в период. Преобразователь перемещения содержит генератор импульсов, первый и второй ключи, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам раз- разнополярным выходам генератора импульсов, первую диодно-резисторную цепь, анод диода которой подключен к выходу первого ключа, вторую диодно-резисторную цепь, катод диода которой подключен к выходу второго ключа, емкостный первичный преобразователь, подключенный.к точке соединения катода и резистора первой ди- одно-резисторной цепи, конденсатор, подключенный к точке соединения анода диода и резистора второй диодно- резисторной цепи, фильтр низких частот, к выходу которого подключены резисторы первой и второй диодно- резисторных цепей, сумматор, первый вход которого подключен ю выходу фильтра низких частот, и инверсный каскад с разделенной нагрузкой, выход положительной полярности которого соединен с входом первого ключа, а выход отрицательной полярности соединен с входом второго ключа, интегратор, вход которого подключен к выходу сумматора, выход соединен с входом инверсного каскада с разделенной нагрузкой, и делителем напряжения, входы которого подключены к выходу сумматора и источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом сумматора. Наличие интегратора и делителя в схеме преобразователя и соответствующих связей между ними позволяет скомпенсировать погрешность, создаваемую изменениями температуры, влажности и давления окружающей среды, если первичный емкостный преобразователь и конденсатор интегрирующей цепи находятся в одинаковых условиях, а также компенсирует температурный дрейф усилительных элементов схемы. Полученный на выходе емкост- но-электронного преобразователя период следования импульсов пропорционален измерительному перемещению и может быть преобразован любым известным методом в цифровой код, удобный для цифрового отсчета, последующей обработки информации и автоматизации процессов контроля и измерения. 1 ил. i ю

Редактор М.Келемеш

Составитель В.Мамонтов ,

Техред В.КадарКорректор М.Демчик

1602/46 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Ра.ушская наб., д. 4/5

Филиал ГШП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4