Емкостный измеритель расстояния до заземленной поверхности Советский патент 1990 года по МПК G01B7/00 

(21)4433708/24-28

(22)31.05.88

(46) 15.01.90. Бюл. № 2

(71)Институт электродинамики АН УССР

(72)П.И.Боошев. А.В.Красиленко,

. Р.С.Лежоев.С.В.Макаренко иА.И.Новик

(53)621.317.39:531.717(088.8)

(56)Патент США № 4386312, кл. G 01 R 27/26, 1976.

Патент США № 4054833, кл. G 01 R 11/52, 1975.

(54)ЕМКОСТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЯ ДО ЗАЗЕМЛЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля расстояния до заземленной электропроводной поверхности. Цель июбрете- ния - повышение точности. Для этого в измеритель введены второй источник 11 напряжения, трансформатор 13 и конденсатор 14, а емкостный датчик 1 выполнен в виде экранирующего электрода 2 и центрального электрода 3, расположенных в одной плоскости, что позволяет исключить влияние паразитной емкости. Выполнение по крайней мере одного из источников 4, 11 в виде емкостного измерителя расстояния до заземленной поверхности позволяет получить результат, соответствующий произведению или алгебраической сумме двух расстояний, 1 с., 2 з,п, ф-лы, 1 ил.

(Л

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля расстояния до заземленной электропроводной поверхности. Цель изобретения - повышение точности. Для этого в измеритель введен второй источник 11 напряжения, трансформатор 13 и конденсатор 14, а емкостный датчик 1 выполнен в виде экранирующего электрода 2 и центрального электрода 3, расположенных в одной плоскости, что позволяет исключить влияние паразитной емкости. Выполнение по крайней мере одного из источников 4, 11 в виде емкостного измерителя расстояния до заземленной поверхности позволяет получить результат, соответствующий произведению или алгебраической сумме двух расстояний. 1 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

гг. Ј

«/л

СП

оо о

оо оо

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контропя расстояния до заземленной плектропро- водной поверхног ти

Цель изобретения - повышение точности за смет искпючения влияния паразитной емкости датчика, я. также расширение функциональных возможное- тон за счет измерения произиедения или алгебраической суммы двух расстояний .

Из чертеже представлена блок-схема измерителя.

Измеритель содержит емкостный датчик 1 с -экранирующим электродом 2 и центральным электродом 3, источник А напряжения, коммутатор 5, конденсатор 6, усилитель 7, фазочувствитель ный детектор 8, интегратор 9, коммутатор 10, источник 11 напряжения, генератор 12 импульсов, трансформатор 11, конденсатор 14 и шину 15 нулевого потенциала.

Источник 4 напряжения подключен к первому информационному входу коммутатора 5, второй вход которого подключен к шине 15 нулевого потенциала. Выход коммутатора 5 через образцовый конденсатор Ъ соединен с входом усилителя 7. Фазочувствитель- нмй детектор 8 и интегратор 9, подключенные к выходу усилителя 7, образуют систему автоматического урав- нонешивания. Информационные входы коммутатора 10 подключены соответственно к вькоцам интегратора 9 и источника 11 напряжения. Управляющие входы обоих коммутаторов и фазочув- ствительного детектора 8 подключены к выходу генератора 12 прямоугольных импульсов. Трансформатор 13 выполнен на ферромагнитном сердечнике (например, на ферритопом кольце). Его оьмстки выполнены экранированным проводом, причем центральная жила провода выполняет функции вторичной об- мотт п, ее начало подключено к входу усилителя 7, а конец - к центральному электроду датчика 1. Оплетка экранированного провода выполняет функции первичной обмотки: начало ее подключено к шине 15 (у входа усилителя 7), а конец соединен с экранирующим ччектродом 2 датчика 1 и через разделительный конденсатор 15 с ПЫУОДОМ второго коммутатора 10.

д 5

0

5

Измеритель работает следующим образом.

Импульсы с выхода генератора 12 прямоугольных импульсов управляют работой коммутаторов 5 и 10 таким образом, что на их входах формируется переменное прямоугольное напряжение, амплитуда импульсов которого равна разности постоянных напряжения на входах коммутаторов 5 и 10.

Трансформатор 13 выполняет функции повторителя, одновременно формируя поверхность, эквипотенциально экранирующую втор гчную обмотку трансформатора. Разделительный конденсатор 14 предотвращает насыщение сердечника трансформатора напряжения постоянным током. Система автоматического уравновешивания, образованная последовательно включенными усилителем 7, фазочувствительным детектором 8 и интегратором 9, приводит сигнал на входе усилителя 7 к нулю. При этом падение напряжения на образцовом конденсаторе 6 равно напряжению на выходе коммутатора 5, падение напряжения на емкостном датчике равно ЭДС вторичной обмотки трансформатора 13, а токи через образцовый конденсатор 6 и датчик 1 равны между собой.

Напряжение на выходе емкостного измерителя расстояния до заземленной поверхности

Ц -Ј 1 с.

г

0

5

0

5

где

и - напряжения на выходах источников 4 и 11 постоянного напряжения соответственно; CQ - емкость образцового

конденсатора 6; Сх - рабочая емкость датчика 1 .

Трансформатор 13 может быть выполнен не только с первичной обмоткой, совмещенной с оплеткой экранированного провода вторичной обмотки, но также с отдельно выполненной обмоткой. Это может понадобиться при необходимости изменения коэффициента трансформации, когда количество витков в первичной обмотке должно от- Л гчаться от количества витков во вторичной обмотке. Таким образом, можно в широких пределах изменять чувствительность измерительного преоб- разонатслч, гмгкол:уу и э i on случае

,, Ь 1 Го

:

и

Z

где N, и

N. - числа питков в первичной и вторичной обмотках трансформатора 13.

При последовательном соединении двух или нескольких емкоетчых измерителен расстояния до заземленной поверхности изменение отношения N,, /N позволяет суммировать их входные сигналы с различными весами.

Последовательное соединение двух или большего числа измерителей расстояния по заземленной поверхности необходимо, например, в следующих сл чаях.

из которых измеряет расстояние до поверхности заземленной основы, а другой - до поверхности ленты или покрытия. Выходное напряжение цепи из двух измерителей окатывается пропорциональным разности расстояний, т.е. непосредственно толщине ленты или покрытия„ Первый измеритель расстояния до заземленной поверхности при этом следует использовать п качестве источника 11 напряжения второго измерителя расстояния, а полярность источников напряжения у этих измерителей дотана быть различной,

держащий перым источит; нал ряж ни i, два коммутатора, емкостный датчик, обра цовый конденсатор, PIUHV нулевого потенциала, ч снлитечь, фачочунсг- внтельнын детекчор, уьгхог которого через интегратор поч лючон к первому сигнальному входу первого коммутатора, выход nepFtoro источника напряжения подключен к первому сигнальному входу второго коммутатора, вн ход которого через последовательно включенные образцовый конденсатор и усилитель подключен к сигнальному

g входу фазочувствительного детектора, выход генератора импульсов подключен к входам управления Аазочувствитедь- нпго детектора, первгго коммутатора и второго коммутатора, второй сигп налъный вход которого подк точен к шине нулевого потенциала, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с цепью повышения точности, в него введены второй источгик напряжения, раздели5 тельный конденсатор и трансформатор, а емкостный датчик выполнен в виде центрального и экранирующего электродов, расположенных в одной плоскости, начало первичной обмотки трансформатора подключено ь экранирующему электроду PMKOCTHOIO датчика и через разделительный конденсатор к вьгходу первого ключа, второй сигнальный вход которого подключен к иьгходу второго источника напряжения, шнни нулевого потенциала подключена к концу первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого подключена между центральным электродом емкостного датчика и входом усилителя.

0

5

0

2 Измеритель по п, 1, о-т л и - чаю щ и и с я тем, что, с целью расширения информационных возможностей за счет измерения произведения или алгебра гческой суммы двух расстоянии, по крайней мере один из источников напряжения является емкостным измерителем расстояния до заземленной поверхности,

3. Измеритель по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ и и с я тем, что первичная обмотка трансформатора выполнена в виде оплетки, а вторичная обмотка - в виде центрального провода экранированного кабеля.