Емкостный преобразователь линейных перемещений Советский патент 1980 года по МПК G01B7/00 G01B7/04 

1

Изобретение относится к измерительной технике и устройствам автоматического регулирования и управления и служит для преобразования линейного перемещения в электрический сигнал.

Известен датчик линейных перемещений, содержащий пару пластин, образующих конденсатор, и ленту переменной ширины из металла или диэлектрика, способную перемещаться в ту или иную сторону, в зависимости от перемещения объекта, барабан для намотки ленты, пружинное устройство для обеспечения натяжения ленты, роликовые направляющие 1.

Недостатками данного преобразователя являются сложность его конструкции, наличие постоянной составляющей, которую необходимо компенсировать, а также малая чувствительность при больших перемещениях.

Известен дифференциальны емкостной преобразователь перемещений, содержащий трансформатор возбуждения, регистрирующий блок, дифференциальный конденсатор, выполненный в виде изолированных металл-ическйх дисков, устаН(5вленМ1х М нейодвижные Р)

фические основания, между которыми размещен третий металлический диск меньщего диаметра, механически связанный с перемещения, а электричё ски - с регистрирующим блоком 2.

Недостатком известного преобразователя является малый диапазон измерения перемец ений.

Наиболее близким к предлагаемому является емкостной преобразователь перемещений, содержащий трансформатор возбуждения, дифференциапьный конденсатор, статор которого выполнен в виде двух щюфшгарованных металлических пластин, ротор, выполненный в виде двух прямоугольных пластин, расположенных на подвижном основании, блок переключения, регистрирующий блок, каждая пластина статора снабжена корректирующей пластиной прямоугольной формы, размещенной в одной плоскости с поверхностью статорной пластины, параллельно ее (непрофилированной стороне 3.

Недостатком данного преобразователя является сложность его конструкций нз-за наличия двух роторных и двух компенсиру}ощйх плас3. 767 тин, блока коммутации, двух fpynn ключей, ллногоотводных корректирующих обмоток трансформатора. Цель изобретения - упрощение конструкции преобразователя при одновременном сохранении лщейности выходной характеристики преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в . емкостном преобразователе линейных перемещений, содержащем -трансформатор, блок регистрации, дифференциальный конденсатор, статор которого выполнен в виде двух металлических пластин, расположенных на общем диалектрическом основании, и снабженных на одной из сторон равнобедренными треугольными выступами, выступы одной пластины расположены во впадинах другой пластины, а ротор выполнен в виде прямоугольной пластины, выходы трансформатора соединены со статором дифференциального конденсатора, ротор которого соединен с блоком регистрации, р.отор выполнен с треугольными выступами, , которые расположены на сторонах, параллельных направлению его .перемещения, а другая сторона каждой металлической пластины статора снабжена дополнительными треугольными выступами, которые размещены против вершин равнобедренных треугольных выступов, основание дополнительпых треугольных выступов равно половине ширины пластины ротора, а их высота h 2а tg а, где а - ширина .поастины, а - угол наклона равнобедренных треугольных выступов. На фиг. 1 изображена электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - выходная характеристикапреобразователя; На фиг. 3 - схематичр1о изображен преобразователь с предлагаемой конфигурацией статорных пластин и пластины ротора. Преобразователь содержит (см. фиг. 1 и 3) трансформатор 1 возбуждения, tp дифференциальный конденсатор 2, образованный двумя статорными профилированными пластинами 3 и пластиной ротора 4, блок 5 регистрации, шнеаризируюй1ие выступы ротора и статора 6. Преобразователь работает следующим образом. Если статорные пластины подключены к про тивофазным напряжениям, то выходное напряжение преобразователя будет пропорционально разности площадей Si верхнего статора и S;; нижнего статора (см. фиг. 3). K(Sj - Sg) К AS, где К - коэффициент пропорциональности. . При перемещении ротора от исходного поло зкения на ве/шчину х - ск , можно выделить три участка изменения Д S:; при О х а/ 2 при а х L -| V(2) О) при L - -г х L где а - ширина ротора. При выполнении условий h 2а tga, h f tg,6, где h - высота линеаризирующих треугольных выступов;. о: - угол между линией разделения статоров и горизонталью; (3 - угол при основании линеаризирующего 1реу1ольного выступа. . . Разность площадей на первом участке равна ncf )tgo Q-4t-)acf-x). Kf ) W 2(f -) (.f -x)tgoc -Kf )V4()), на втором участке равна ()(o((-(K-f) xc«tgoC(oiL--2ax)tgQ{. и на третьем участке равна AS-Kf )( 4L-x) L|-(L-x)t ot4C| VK)tgot -CL-()(a-(L-x))tgro( (L-x)ICf4L-x))(K-L-f)V (aL-2ax)tgfot. Таким образом, BO все.м диапазоне перемещения ротора (О х « ) разность площадей А S пластин конденсатора, статорные пластины и ротор которого имеют линеаризирующие треугольные выступы, будет изменяться по линейному закону. Аналогично можно показать, что А S будет изменяться по линейному закону, при перемещении ротора, в диапазоне L X 2 I, и т. д. Из выщеизложенного следует, что если прямоугольная пластина ротора имеет линеаризирующие треугольные, выступы и такие же выступы имеют пластины статора, то выходное напряжение преобразователя будет линейной функцией от перемещения и надежность во второй роторной пластине, блоке переключения, компенсирующих статорных пластинах, многоотводных обмотках трансформатора и двух групп ключей отпадает. Для исключения влияния краевого эффекта , роторная пластина также, как и в известном. окружена контуром, который электрически соединен с земляной шиной (не изображена). Экспериментальные данные, проведенные на лабораторных образцах, абдгвёрждают правиль ность математических выкладок и показывают высокую степень совпадения теоретических и зкспериментальных данных. Формула изобретения Емкостной преобразователь линейных переметений, содержащий трансформатор, блок регистрации, дифференциальный конденсатор, статор которого выполнен в виде двух металлических пластин, расположенных на общем . диэлектрическом основании и снабженным по одной из сторон равнобедренными треугольнь1м выступами, выступы одной пластины расположены во впадинах другой пластины, а ротор выполнен в виде прямоугольной пластины, выходы трансформатора соединень со статором дифференциального конденсатора, ротор которого соединен с блоком регистрации, о т л и 6 чающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя при одновременном сохранении линейности его выходной характеристики, в нем ротор выполнен с треугольными выступами, которые расположены на сторонах, параллельных направлению его перемещения, а другая сторона каждой металлической пластины статора снабжена дополиительными треугольными выступами, которые размещены против веришн равнобедренных треугольных выступов, основание дополнительных треугольных выступов равно половине ширины пластины ротора, а их шлсота h 2а tg о; где а - ширина пластины, а -угол наклона равнобедренных треугольных выступов. Источники информации, принятые во внимание Ттри 3KcnepirMSe 1.Патент США N 35(, кл. 317-246, кл. Н01 J 7/00, опублик. 1970. 2. Ssience tnstrum., 1978, 48, N 3, 327-335. 3.Патент США N« 3784897, кл. 323/93,317/249, кл. Н 01 L 5/06, Н 01 I 5/14, опублик. 1974.

ибых

ni

(Рига