Устройство для измерения перемещений Советский патент 1981 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, преобразующим перемещение, и может быть использовано в измерителях давления и в других устройствах подобного назначения.

Известны устройства для измерения перемещений, выполненные иа базе емкостных преобразователей перем цения l.

Обладая высокой чувствительностью, эти емкостные преобразователи имеют ограниченное применение при работе в сложных условиях эксплуатации, в частности при работе в широком диапазоне рабочих температур. Температурная компенсация погрешностей емкостного преобразователя осуществляется тщательным выбором его конструктивных параметров и материалов . Однако это не дает полной термокомпенсации, особенно в случаях использования емкостных преобразователей в составе Измерительных схем.

Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройство для измерения перемещений, содержсицее измерительный мост с дифференциальным емкостным преобразователем

включенных в смежные плечи, и цепь уравновешивания с функциональным емкостным преобразователем, включенным в другие смежные плечи моста 2J.

Недостатке данного устройства является отсутствие схемы температурной компенсации, обеспечивающей высокую точность измерения в широком диапазоне изменения рабочих темпера-

0

тур.

Цель изобретения - повышение точности и расширение-диапазона рабочих температур.

Поставленная цель достигается

5 тем, что устройство снабжено источником опорного напряжения, схемой управления и схемой температурной компенсации, выполненной на двух варикапах, у которых одноименные

0 электродыподключены к общей шине, а другие - к источнику опорного напряжения, статорным пластинам функционального емкостного преобразователя и к выходу схемы упе1аЕления,

5 а схема управления выполнена в виде операционного усилителя, инвертирующего повторителя и термодатчика, причем вход операционного усилителя подключен к источнику опорного напряжения и термодатчику, а выход - к

0

одному из варикапов и инвертирующе.му повторителю, соединенному со вторьм варикапом.

На чертеже представлена схема устройства для измерения перемещений .

Устройство содержит измеритель й мост 1 с дифференциальным емкостным преобразователем 2, образованным подвижным ротором 3, воспринимакнцш.1 измеряемое перемещение Ah, и двумя статорами 4 и 5, емкостный функционгшьный преобразователь 6 с ротором 7 и статорными пластинами 8 и 9. Питание измерительного моста 1 осуществляется Через трансформатор 10. Выход измерительного моста 1 соединен .со входом цепи 11 уравновешивания, выход которой является выходом устройства для измерения перемещения.. Статорные пластины 8 и 9 емкостного функционального преобрагзователя б подключены к схеме 12 температурной компенсации, выполненной на варикапах 13 и 14, у которых одноименные электроды подключены к общей шине, а другие через потенциометры 15 и 16 - к источнику 17 опорного напряжения и через потенциометры 18 и 19 - к выходу схемы 20 управления, выполненной на операционном усилителе 21, вход которого подключен к термодатчику 22 и через потенциометр 23 - к источнику 17 опорного напряжения, а выход соединен с варикапом 14 и входом инвертирукндего повторителя 24, выход которого соединен с варикапом 13.

Устройство работает следующим образом.

При изменении измеряемого перемещения А h на выходе измерительного моста 1, образованного дифференциальным емкостным преобразователем 2 и емкостным функционсшьным преобразователем б, появляется сигнгш рассогласования, обрабатываемый цепью 11 уравновешивания, выход которой соединен с подвижным ротором 7 емкостного функционального преобразователя б, до его кo ffleнcaции. Выходной сигнал оС f(Дн), снимаемый с выхода цепи 11 уравновешивания, является выходом устройства для измерения перемещения. При изменении окружающей температуры напряжение на термодатчике 22 изменяется, а на выходах операционного усилителя 21 и инвертирующего повторителя 24 появляются напряжения, равные по величине и противоположные по знаку. При зтом напряжение на бдном из варикапов 13 или 14 увеличивается, а на другом уменьшается, что приводит к соответствующим изменениям их емкостей.

Падение напряжения на термодатчике 22 компенсируется потенциометром 23 таким образом, чтобы при нормальной температуре напряжение на выходе

операционного усилителя 21 было равно нулю. Напряжение на выходе инвертирукидего повторителя 24 при нормальной температуре также равно нулю, и емкости варикапов 1з и 14 определяются только их типом и начальными напряжениями смещения. Величины комленсирующих напряжений снимаются с потенциометров 18 и. 19, включенных на выходах операционного усилителя 2 и инвертирующего повторителя 24 схемы 20 управления. Изменение величины напряжений на варикапах 13 и 14 определяется масштабным козффициентом операционного усилителя 21, который может регулироваться в зависимости от величины допустимой температурной погрешности любым известным способом.

Схема. 12 температурной компенсации позволяет получать любые необходимые для компенсации температурны погрешностей варианты изменения емкостей варикапов 13 и 14, при этом манипуляции, производимые при температурах, при которых производится термокомпенсация погрешностей, не приводят к изменению выходных параметров устройства при нормальной температуре.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее измерительный мост с дифференциальным емкостным преобразователем, включенным в смежные плечи, и цепь уравновешивания с функциональным емкостным преобразователем, включенным в другие смежные плечи моста, отличающееся тем, что, с целью повьипения точности и расширения диапазона рабочих температур, оно снабжено источником опорного напряжения, схемой управления и схемой температурной компенсации, выполненной на двух варикапах, у которых одноименные электроды подключены к общей шине, а другие - к источнику опорного напряжения, статорным пластинам функционального емкостного преобразователя и к выходу схемы управления, а схема управления выполнена в виде операционного усилителя, инвертирующего повторителя и термодатчика, причем вход операционного усилителя подключен к источнику опорного напряжения и термодатчику, а выход - к одному из варикапов и инвертирующему повторителю, соединенному со вторым варикапом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ацюковский В.А. Емкостные преобразователи перемещения. М., Энергия, 1966, с. 81-85, 243-249.

2.Авторское свидетельство СССР № 253892, кл. G 05 В 11/14, 1969 (прототип).

uh

. . ,.

Ld-

-t::: Ы .. r

l.

о 6