Дифференциальный емкостной датчик линейных перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

Дифференциальный емкостной датчик линейных перемещений содержит два установленных с зазором электрода, подключенные между ними и выходными клеммами датчика два конденсатора связи и разме- щенный в зазоре между электродами экран, соединенный с общей точкой заземления и установленный с возможностью перемещения по нормали к электродам.

Электрическая емкость конденсаторов связи в несколько раз меньше емкости одного из электродов относительно экрана при симметричном расположении экрана между электродами.

На чертеже приведена схема диффе- ренциального емкостного датчика линейных перемещений.

Датчик содержит два установленных с зазором электрода 1 и два конденсатора 2 связи, подключенные между электродами 1 и выходными клеммами 3 датчика. В зазоре между электродами 1 размещен экран 4, соединенный с общей точкой 5 заземления и установленный с возможностью перемещения по нормали к электродам 1. В про- цессе измерения экран 4 связывают с объектом контроля (не показан).

Дифференциальный емкостной датчик линейных перемещений работает следующим образом.

Если электрические емкости конденсаторов 2 связи равны между собой, то в исходном состоянии датчика, когда экран 4 симметрично расположен в зазоре между электродами 1; емкости Ci и С2 выходных клемм 3 датчика относительно экрана 4 также равны между собой, что соответствует нулевому значению разностной емкости ДС1 Сч - €2. При перемещении экрана 4 от положения симметрии на величину х емко- сти Ci(x) и Са(х) изменяются так, что одна из них увеличивается с ростом х, а другая уменьшается. Зависимость ДС1 (х), представляющая выходную характеристику датчика, описывается выражением

, I 2 Ј0 S х

ДС1

d2 (1 н- К)2 - Ј)2

0)

где Јо - диэлектрическая постоянная;

5 10

15 20 25

30

35 40 45

S - площадь электрода 1;

d - расстояние между электродами 1 и экраном 4 в положении симметрии экрана 4;

К Ј0 S/(Cd) - коэффициент, показывающий во сколько раз емкость С конденсаторов 2 связи меньше емкости Ј0 S/d одного из электродов 1 относительно экрана 4 при симметричном его расположении между электродами 1.

Из формулы (1) видно, что в случае К О (обкладки конденсаторов 2 связи коротко- замкнуты) при больших перемещениях экрана 4, когда Ixl , |ДС | - °о . Это свидетельствует о нелинейности выходной характеристики датчика на краях диапазона измерения, если условия ее линеаризации не соблюдены,

Если емкость С конденсаторов 2 связи в несколько раз меньше емкости одного из электродов 1 относительно экрана 4 в положении его симметрии между электродами 1 и коэффициент К удовлетворяет неравенству (1 + К)2 1, то вычитаемым в знаменателе формулы (1) можно пренебречь и записать дс„ 2ЈoS

d2 (1 + К)2

Выражение (2) представляет линеаризованную выходную характеристику датчика на краях диапазона измерения, где |х I d.

Формула изобретения Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений, содержащий два установленных с зазором электрода, подключенные между ними и выходными клеммами датчика два конденсатора связи и размещенный в зазоре между электродами экран, соединенный с общей точкой заземления и установленный с возможностью перемещения по нормали к электродам, отличающийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики на краях диапазона измерения, электрическая емкость конденсаторов связи меньше емкости одного из электродов относительно экрана при симметричном расположении экрана между электродами.