Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений совместно с автогенераторным вторичным преобразователем .

Цель изобретения - повышение линейности характеристики преобразования датчика.

На фиг. 1 показана конструктивная схема датчика; на фиг. 2 (а, б, в) - из

менение емкостей между электродами и эк

раном датчика, изменение частот f: и 2 на выходах автогенераторов и разностной частоты Af на выходе смесителя соответственно.

Датчик содержит первую пару подклю- ченных к его выходам плоских электродов 1 и вторую пару установленных рядом с ними электродов 2, площадь которых в 4-7 раз превышает площадь электродов первой пары. Между ними размещен соединенный с общей точкой заземления эк- ран 3. Между каждым электродом 1 первой пары и лежащим по другую сторону экрана электродом 2 другой пары включены конденсаторы 4. Электроды 2 второй пары установлены на расстоянии между собой, меньшим расстояния (зазора) между электро- дами 1 первой пары на величину б. Экран 3 выполнен перекрещивающим площади обеих пар электродов, для чего его размеры выполнены превышающими суммарные размеры этих электродов. Экран 3 установ- лен в зазоре между электродами 1 и 2 с возможностью перемещения X по направлению к ним. К выходным клеммам 5 датчика, к которым подключены непосредственно электроды 1 первой пары и через конденсаторы 4 - электроды 2 второй пары, при- соединены два автогенератора 6 и 7 и блок сравнения их частот, выделяющий разностную частоту и выполненный в виде смесителя 8.

Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений работает следующим об- разом.

При симметричном положении экрана 3 относительно электродов 1 и 2 величины емкости между выходными клеммами 5 датчика и его общей точкой равны между собой, что соответствует нулевому выходному сигналу датчика. При перемещении экрана 3 от положения симметрии, например, вправо, на величину X емкость Ci между ним и ближайшим электродом 2 увеличивается по гиперболическому закону

С,-i-. (I)

Однако т. к. электроды 2 подключены к выходным клеммам 5 датчика через конденсаторы 4, эквивалентное изменение ем- кости С от перемещения X имеет вид

2)

5

0

0 ..

0

0

5

5

где b - константа, определяемая величиной емкости конденсаторов 4.

Величина емкости €2 между экраном 3 и ближним электродом 1 также возрастает при перемещении экрана 3 вправо. Вследствие того, что электроды 1 расположены на более далеком расстоянии от экрана 3, зависимость этой емкости от величины перемещения X имеет вид

;(3)

где б - разностное значение зазоров между парами электродов 1 и 2.

На суммарную величину указанных емкостей датчика влияют также емкости между электродами 1 и 2, от которых экран 3 удаляется при перемещении X. Однако влиянием этих емкостей на изменение суммарной емкости датчика на границах диапазона измерений можно пренебречь вследствие их малости. По отнощению величин емкостей С: (2) и Са (3), измеряемому с помощью автогенераторов 6 и 7 и смесителя 8, определяют величину X перемещения экрана 3 и связанного с ним объекта контроля. Разделив (2) на (3), получаем:

(4)

Таким образом, величина перемещения X определяется следующим выражением:

VуР. 1/ г

X-Yjjip (5)

Так как константы b и б являются свободными параметрами, они могут быть выбраны таким образом, чтобы дробный член в (5) не зависел от X. Действительно, величина

ЬХ+1(bX+l)b.

-xTF- bx+ьб условии, что .

Исходя из практически существующих требований к сохранению чувствительности датчика и диапазона контролирующих перемещений, можно показать, что это условие выполняется, если выбирать площадь второй пары электродов в 4-7 раз большей, чем площадь электродов первой пары, расстояние между ними на 10-25% меньше зазора между электродами первой пары, а величину емкости конденсаторов 4 - в 10-20 раз большей номинальной (в исходном положении) емкости датчика.

Так как дробный член выражения (5) при указанных соотношениях практически не меняется, характеристика преобразования датчика близка к линейной.

Формула изобретения

Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений, содержащий пару

электродов, установленных с зазором один напротив другого и подключенных к выходным клеммам датчика, и размещенный в зазоре параллельно им экран, выполненный с возможностью перемещения в направлении к электродам и связываемый в процессе измерения с объектом контроля, отличающийся тем, что, с целью повыщения линейности характеристики преобразования, он снабжен второй парой электродов, площадь которых превышает площадь электродов первой пары и которые установлены один напротив другого по разные стороны экрана на уменьшенном расстоянии между собой, по сравнению с зазором между электродами первой пары, и двумя конденсаторами, соединяющими каждый электрод одной пары с расположенным по другую сторону экрана электродом другой пары, а размеры экрана превышают суммарные размеры обеих пар электродов.

.J

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений совместно с автогенераторным вторичным преобразователем и позволяет повысить линейность характеристики преобразования датчика линейных перемеш.ений емкостного типа, содержащего две пары противолежащих электродов, отличающихся по площади не менее, чем в 4-7 раз, и размещенного между ними заземленного экрана, установленного с возможностью перемещения в направлении к ним. Каждый электрод одной пары соединен через один из конденсаторов связи с расположенным по другую сторону от экрана электродом другой пары. Расстояние между электродами второй пары выполняется на 10-25% меньще зазора между электродами первой пары, а размеры экрана превышают размеры обеих пар элект-родов, что исключает краевые эффекты. При перемещении экрана, связываемого с объектом контроля в процессе измерения, изменяется расстояние между ним и парами электродов датчика, что вызывает изменение частот двух автогенераторов, а следовательно и разност- .ной частоты, изменяющейся пропорционально контролируемому перемещению, благодаря выбранным соотнощениям размеров электродов и величин емкостей конденсаторов. 2 ил. se bO N3

Составитель Л. Кислнцин

Редактор Н. ТупицаТехред И. ВересКорректор О. Луговая

Зэказ 1978/26Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4