Емкостный преобразователь перемещений Советский патент 1982 года по МПК G01B7/30 

(54) ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

1

Изобретение относится к автоматическому контролю и преобразованию перемещений в электрический сигнал, а именно к емкостным преобразователям перемещений.

Известен емкостной датчик перемещений, содержащий источник питания, трансформатор, дифференциальный конденсатор, ротор которого электрически соединен с суммирующим входом операционного j усилителя, охваченного ем костьюобрарюй связи. Достоинством этого устройства является то, что такое подключение дифференциального конденсатора и согласующего усилителя реако. снижает уровень наводок, так как потенциал суммирующей точки бли- 15 зок к потенциалу «земли 1.

Однако недостатком, существенно снижающим его точность, является то, .что в операционном усилителе отрицательная обратная связь по постоянному току ору- jo .ществляется за счет сопротивлений «yireчек. При изменении внешних условий (влажности, температуры, радиации и т. п.) сопротивления «утечек электрических цепей схемы становятся соизмеримыми с емкостным сопротивлением датчика и емкостным сопротивлением емкости обратной связи, изменяя при этом коэффициенты передачи согласующих усилителей.

Наиболее близким по своему техническому решению к изобретению является емкостной преобразователь перемещений, содержащий источник питания, трансформатор, два дифференциальных конденсатора, каждый из которых подключен к суммирующему входу соответствующего операционного усилителя. Усилители охвачены резисторами обратной связи. Нейнвертирующие входы усилителей подключены к «земляной шине. На выходе преобразователя формируются два напряжения, огибающие кото.рых сдвинуты на 90 электрических градусов. Для получения приемлемой точности необходимо, чтобы коэффициенты передачи каждого усилителя были одинаковые и в случае отклонения от номинала имели бы одинаковый знак. Для этого, чтобы коэффициент передачи был близок к единице резисторы обратной связи должны иметь номинал несколько МОм, что является существенным недостатком преобразователя Сопротивления резисторов в несколько МОм И выше соизмеримы с сопротивлениями «утечек отдельных участков электрической цепи и при изменении условий окружающей среды коэффициент передачи преобразователя изменяется, что влечет за собой уменьшение точности преобразования 2. Использование низкоомных резисторов резко уменьшает коэффициент передачи преобразователя. Для того, чтобы увеличить выходной сигнал преобразователя до уровня нескольких вольт, необходимо значительно увеличить напряжение запитки дифференциального конденсата, что не только увеличивает габариты, нои увеличивает помехи от высоковольтного источника, снижая точность преобразователя. Кроме этого, несущее напряжение на вы ходах преобразователя является дифференцированным, что ведет к снижению точности из-за усложнения схемы, при дальнейшем синхронном детектировании. Цель изобретения - повышение точности емкостного преобразователя перемещений. Поставленная цель достигается за счет , что в емкостной преобразователь перемещений, содержащий два дифференциальных конденсатора, подвижные пластины которых соединены между собой попарно и подключены к вторичной обмотке трансформатора, первичная обмотка которого подключена к источнику возбуждения, неподвижные пластины дифференциальных конденсаторов подключены к входам двухканального блока формирования выходных напряжений, каждый канал которого соединен с его инвертирующим входом через резистор обратной связи, в каждый канал блока формирования выходных напряжений введены инвертор, резистор и потенциометр, включенный параллельно выходу одерационного усилителя, движок потенциометра через последовательно соединенные инвертор и резистор- соединен с инвертирующим входом операционного усилителя. На фиг. 1 изображена электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - огибающие выходных напряжений преобразователя. Емкостной преобразователь перемещений (фиг. 1) содержит источник 1. возбуждения, трансформатор 2, дифференциальные конденсаторы 3 и 4, операционные усилители 5 и 6 с резисторами обратной связи 7 и 8, инвенторы 9 и 10, резисторы 11 и 12 и потенциометры 13 и 14. Операционный усилитель 5, резистор обратной связи, потенциометр 13, инвертор 9 и резистор 11 образуют один канал блок.а 15 формирования выходных напряжений; операционный усилитель 6, резистор 8 обратной связи, потенциометр 14, инвертор 10 и резистор 12 образуют второй канал блока 15 формирования выходных напряжений. Преобразователь работает следующим образом. Когда движок потенциометра 13 или 14 находится в крайнем нижнем положении коэффициент передачи потенциометра У О, каждое плечо преобразователя представляет собой обычный дифференциатор, модуль коэффициента передачи которого ,К CxTOR, а аргумент f . т.е. напряжение на выходах усилителей 5 и 6 на - от входного напряжения. Если перемещать движок потенциометра 13 или 14 в крайнее верхнее положение, то коэффи-циент передачи )Г потенциометра стремится к единице и модуль коэффициента передачи устройства увеличивается в (1 - У ) раз, а аргумент коэффициента передачи стремится к - Е. Таким образом, введение в каждом канале блока 15 между выходом согласующего операционного усилителя и его входом цепочки, состоящей из последовательно соединенных потенциометра, инвертора и резистора, увеличивает постоянную дифференцирования в (1 -У) раз, что равносильно увеличению резистора обратной связи в обычном дифференциаторе в (1 -У) раз. Экономический эффект от использования предложенного технического решения обусловлен его техническими преимуществами. Формула изобретения Емкостный преобразователь перемещений, содержащий два дифференциальных конденсатора, подвижные пластины которых соединены между собой попарно и подключены к вторичной обмотке трансформатора, первичная обмотка которого подключена к источнику возбуждения, неподвижные пластины дифференциальных конденсаторов подключены к входам двухканального блока формирования выходных напряжений, каждый канал которого выполнен в виде операционного усилителя, выход которого соединен с его инвертирующим входом через резистор обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в каждый канал 6iioKa формирования выходных напряжений вве-. дены инвертор, .резистор и потенциометр, включенный параллельно выходу операционного усилителя, движок потенциометра через последовательно соединенные инвертор и резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя. .Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3732553, кл. 340-320, 1962. 2.Авторское свидетельство СССР № 598109, кл. G 08 С 9/02, 1977 (прототип)

15

/

&Й

1д

W/

м

ЕМ

т