Емкостное устройство для преобразования перемещения Советский патент 1987 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для преобразования линейных перемещений в электрический сигнал с помощью емкостных датчиков.

Цель изобретения - повышение точности измерения перемещения.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Емкостное устройство для преобразования перемещения содержит генератор 1 импульсов, ключ 2, управляющий вход которого соединен с выходом генератора 1 импульсов, первую диодно-резисторную цепь 3, состоящую из диодов 4 и 5 аноды которых соединены с выходом ключа 2, резисторов 6 и 7, соединенных с катодом диода 4 и резисторов 8 и 9, соединенных с катодом диода 5, вторую диодно-резисторную цепь 10, состоящую из диода 11, анод которого соединен с выходом ключа 2 и анодами диодов 4 и 5, и резистора 12, соединенного с катодом диода 11, четыре фильтра 13-16 низких частот, входы которых соответственно соединены с резисторами 6 и 8, 12, 7, 9, первый сумматор 17, прямой и инверсный входы которого соединены соответственно с выходами фильтров 13 и 14 низких частот, второй сумматор 18, прямой вход которого подключен к источнику опорного напряжения Uo, инверсный вход - к выходу первого сумматора 17, а выход соединен с щиной питания ключа 2, третий сумматор 19, прямой и инверсный входы которого подключены к выходам соответственно фильтров 15 и 16 низких частот, а выход соединен с выходной щиной устройства, два клинообразных электрода 20 и 21, являющихся неподвижной обкладкой емкостного датчика, разделенных изолирующим промежутком и расположенных с образованием прямоугольника, при этом электрод 20 подключен к точке соединения диода 5 и резисторов 8 и 9, электрод 21 подключен к точке соединения диода 4 и резисторов 6 и 7, и заземленный электрод 22, являющийся подвижной обкладкой емкостного датчика перемещения.

Устройство работает следующим образом.

На неподвижные электроды 20 и 21, образующие потенциальную пластину датчика, через диоды 4 и 5 поступают прямоугольные импульсы с выхода ключа 2. В точках соединения диода 4 с резисторами 6 и 7 и диода 5 с резисторами 8 и 9 формируются импульсы напряжения с длительностью спада, определяемой постоянной времени разряда цепей, соответствующих потенциальных электродов 20 и 21, а в точке соединения диода 1 с резистором 12 - импульсы напряжения, близкие к прямоугольным. На выходах фильтров 15 и 16 формируются напряжения, пропорциональные средним значениям импульсных напряжений на потенциальных электродах 20 и 21, на выходе фильтра 13 низких частот - напряжение, пропорциональное среднему значению суммы этих импульсных напряжений, а на выходе фильтра 14 - напряжение, пропорциональное среднему значению импульсного напряжения в точке соединения диода 11 и резистора 12.

Учитывая, что величина перемещения X подвижного электрода 22 относительно потенциальной пластины прямо пропорциональна площадям их взаимного перекрытия, и принимая достаточно больщим коэффициент усиления сумматора 18, можно считать, что выходное напряжение сумматора 19, а следовательно, и датчика перемещений не зависит от внещП 1х дестабилизирующих факторов, изменения расстояния между неподвижными и заземленным

электродами и определяется выражением.

ивь:.х i . x-Uo,

где 1 - длина потенциальной пластины датчика, образованной электрода.ми 20 и 21.

Формула изобретения

Емкостное устройство для преобразования перемещения, содержащее генератор импульсов, ключ, управляющий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первую диодно-резисторную цепь, первый и второй фильтры частот, вторую диодно-резисторную цепь, анод диода которой

подключен к выходу ключа, катод через резистор соединен с входом второго фильтра низких частот, емкостный датчик, неподвижная потенциальная обкладка которого выполнена в виде прямоугольника, разделенного изолирующим промежутком на два

клинообразных электрода, а заземленная обкладка - в виде узкого неподвижного электрода, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подключены к выходам соответственно 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 щиной питания ключа, отличающееся те.м, что, с целью

повышения точности измерения, в него дополнительно введены третий и четвертый фильтры низких частот, третий сумматор, прямой и инверсный входы которого подключены к выходам соответственно третьего и четвертого фильтров низких частот,

выход соединен с выходной шиной устройства, а первая диодно-резисторная цепь выполнена в виде четырех резисторов и двух диодов, аноды которых подключе1355858

34

ны к выходу ключа и к аноду диодасоответственно первого и четвертого фильтвторой диодно-резисторной цепи, катод пер-ров низких частот, а клинообразные электрового диода соединен через первый и вто-ды подключены к точкам соединения перрой резисторы с входами соответственнового диода с первым и вторым резистопервого и третьего фильтров низких час- рами и катодами второго диода с третьим

тот, катод второго диода соединен черези четвертым резисторами первой диоднотретий и четвертый резисторы с входамирезисторной цепи.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения перемещения за счет исключения влияния изменений параметров внешней среды и расстояния между обкладками емкостного датчика. Указанная цель достигается тем, что при перемеш,ении заземленного электрода 22 относительно неподвижных электродов 20 и 21, образуюш.их потенциальную пластину длиной 1 емкостного датчика, и соответствующем выборе парамегров элементов устройства выходное напряжение третьего сумматора 19 будет пропорционально разности площадей взаимного перекрытия электродов датчика и, следовательно, линейному перемещению х электрода 22 относительно потенциальной пластины. 1 ил. U o оо сд СП 00 СП оо