Емкостно-электронное устройство для преобразования перемещения Советский патент 1988 года по МПК G01B7/00 

со со

lN3

00 00 00

.П) П

i Изобретение относится к измери- 1(ельной технике, в частности к устройствам для преобразования перемещения с помощью двухэлектродных емкостных датчиков с изменяемой величиной за- йора.

Цель изобретения - повьшение точности измерения.

На чертеже изображена блок-схема мкостно-электронного устройства для преобразования перемещения.

Емкостно-электронное устройство гщя преобразования перемещения содер- жит генератор 1 двухполярных импульjcoB, первую диодно-резисторную цепь, |состоящую из диода 2 и резистора 3, к точке соединения которых подключен Iпотенциальный электрод емкостного дат |чика 4, вторую-диодно-резисторную цепь 5 состоящую из диода 5 и резисто- ipa 6, к точке соединения которых под- Iключен конденсатор 7, фильтр 8 низких I частот, вход которого соединен с I точкой соединения резисторов 3 и 6, . операционн1)й усилитель 9, неинвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения UQ ин вертнругащий вход подключен к выходу фильтра 8 низких.частот, фоторезис- торный оптрон 10, светоизлучатель 11 которого подключен к выходу операционного усилителя 9, первый фоторезистор I2 включен меязду точками соединения диода 2 и резистора 3 первой диодно-резисторной цепи и диода 5 и резистора 6 второй диодно-резисторной цепи, а второй фоторезистор 13 с параллельно подключенным дополнительным резистором 14 образует выходную цепь устройства.

Емкостно-электронное устройство для преобразования перемещения работает следующим образом.

На выходе генератора 1 двухполярных импульсов формируются двухполяр- иые .прямоугольные импульсы напряжения равной амплитуды, при этом емкостньй датчик 4 запитывается импульсами положительной полярности, а конденсатор 7 - импульсами отрицательной по лярности. в точке соединения диода 2 и резистора 3 формируются импульсы напряжения с длительностью спадЯд определяемой постоянной времени цепи разряда емкостного датчика 4, а в точке соединения диода 5 и резистора 6 - импульсы напряжения с длительностью спада, определяемой постоянной

5

Q

г 0

0 5

0

5

0

5

времени цепи разряда конденсатора 7. На выходе фильтра 8 низких частот формируется напряжение, пропорциональное среднему значению суммы импульсных напряжений на емкостном датчике 4 и конденсаторе 7. Если входное сопротивление фильтра 8 низких частот достаточно велико, что достигается выбором элементов фильтра и применением операционного усилителя с полевыми транзисторами во входном каскаде, а также выбирая соответствующим образом частоту генератора импульсов, можно с достаточной точностью записать:

V (С, -с,), (1)

где Ug - выходное напряжение фильтра

8 низких частот;

- амплитуда импульсов напряжения на емкостном.датчике 4 и конденсаторе 7; R - сопротивление резисторов 3

и 6; R - сопротивление первого фоторе

зистора 12;

f - частота генератора 1 двухполярных импульсов; С4 - емкость датчика 4; С 7 - емкость конденсатора 7. Для операционного усилителя 9 справедливо соотногаение -119„

и„ - и.

т/ kg

(2)

где Ug - выходное напряжение операционного усилителя 9; Kg - коэффициент усиления ностного напряжения операционного усилителя 9. Разность напряжений на входах опе- рационного усилителя 9 с коэффициентом усиления, достигающим десятков тысяч, имеет величину от долей до единиц милливольт, поэтому можно принять UD Ug, тогда из выражения (1) следует, что

2R Rji Uo Vmffs При идентичной зависимости сопротивлений первого 12 и второго 13 фоторезисторов от тока через светоизлучатель 11, т.е. R i KRjj, где К - коэффициент пропорциональности, и выборе KR .j 2R, где R ,4 сопротивление дополнительного резистора 14, имеем:

R «R 14 и о

X.

(3)

R .,,,+ R,

X,

(4)

Правая часть равенства (4) представляет собой выражение для-параллельного соединения второго фотореэистора 13 и дополнительного резистора 14, т.е. сопротивление выходной цепи устройства, которое пропорционально измеряемому перемещению.

Формула изобретения

Емкостно-электронное устройство для преобразования перемещения, содержащее генератор импульсов, первую ди- одно-резисторную цепь, анод диода ко торой подключен к выходу генератора импульсов, емкостный датчик, потенциальный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резистора первой диодно-резисторной цепи, вторую диодно-резнеторную цепь, катод диода которой подключен к выхо-г ду генератора импульсов, конденсатор, подключенный к точке соединения анода

диода и резистора второй диодно-резисторной цепи, фильтр низких частот, с входом которого соединены свободные выводы резисторов диодно-резисторных цепей операционной усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а ин- вертиругаций вход - к выходу фильтра низких частот, фоторезисторный опт- рои, светоизлучатель которого подключен к выходу операционного усилителя, первый фоторезистор образует цепь обратной связи, второй фоторезистор с подключенным параллельно дополнительным резистором - выходную цепь устройства, о тличающее ся тем, что, с целью повышения точности измерения, первый фоторезистор включен между точкой соединения катода диода и резистора первой диодно-резисторной цепи и точкой соединения анода диода и резистора второй диодно-резисторной цепи.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для преобразования перемещения с помощью двухэлектронных емкостных датчиков с изменяемой величиной зазора. Цель изобретения - повьшение точности измерения. Устройство содержит генератор 1 двухполярных импульсов, к выходу которого подключены два диода диодно-резнеторных цепей, причем один диод 2 подключен анодом, а другой диод 5 - катодом к выходу генератора. К точкам подключения диода и резистора 3 первой диодно-резисторной цепи подключен емкостной датчик 4, а второй - постоянньй конденсатор 7. Выходы резисторов 3 и 6 объединены и подключены к входу фильтра 8 низких частот, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 9, на другой вход которого подано опорное напряжение, а выход подключен к светоизлучателю I1 оптро- на 10. Первый фоторезистор 12 последнего подключен к точкам соединения диодов и резисторов обеих диодно-ре- зисторных цепей, а второй фоторезистор 13 соединен с параллельно подключенным дополнительным резистором 14, образуя выходную цепь устройства. 1 iffl. с ел