Датчик изменения емкости Советский патент 1982 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится, к автомати ке, преобразовательной и вычислительной технике и может быть использовано в составе следявдх систем пере менного тока, в устройствах вводавывода данных, в резонансных схемах для электрического измерения неэлектрических величин, в Шифраторах перемещений и т.д.

Известен емкостный датчик, содержащий два электрода it экран, электроды подсоединены к первичной обмотке трансформатора, вторичная понижгиощая обмотка которого подключена к измерительной цепи, причем трансформатор размещен внутри экрана 1.

Недостатком известного устройства являются низкая стабильность и точность преобразования.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик изменения емкости, содержащий генератор, регистрирующий прибор, резонирующий элемеит, выполненный в виде пьезоэлектрического трансформатора сдвига, выходная .секция которого является одной из обкладок управляемого криденсатора 21.

Недостатком известного устройства является зависимость выхЬдной величины от параметров источника питания.

а также от внешних условий, что не позволяет получить достаточную точность и стабильность устройства.

Цель изобретения - увеличение чувствительности и стабильности датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике изменения емкости, содержащем генератор, резонирующий

10 элемент в виде пьезоэлектрического трансформатора, управляемый конденсатор и регистрирующий прибор , пьезоэлектрический трансформатор выполнен в виде кольца с воздушным промежутком

15 с одной входной секцией и двумя идентичными выходными секциями, электроды на торцах которых образуют электрический диффереициальный конденсатор, управляе лый поступательным перемеще20нием, заземленного электрода, находящегося йежду электродами электрического дифференциального конденсатора, а поляризация во входной и выходной секциях пьезоэлектрического трансфор25матора выполнена перпендикулярно к электродам.

Электроды входной секции пьезоэлектрического трансформатора расположены на цилиндрических поверхностях

30 кольца. Пьезоэлектрический трансформатор выполнен в виде биморфа, в котором одноименные секции каждой из составляюсцих биморфа поляризованы навстречу друг другу. На чертеже приведена структурная схема датчика. Датчик состоит из пьезоэлектрического трансформатора 1 в виде коль ца с воздушныг/ промежутком (разрезом Электроды 2 и 3 входной секции пьезоэлектрического трансформатора подключены к генератору 4, а электроды 5 и 6 выходных секций пьезоэлектрического трансформатора являются в то же время электродами электрическо го дифференциального конденсатора С управляемого заземленным электродом, а также дифференциальный усилитель 8 Пунктирными стрелками показаны направления, поляризации пьезоэлектрического трансформатора. Сплошными стрелками указано возможное направление перемещения зaзe Шeннoй обклад ки конденсатора. Датчик работает следующим образом. Электрическое напряжение генератора 4 подается на пьезоэлектрический трансформа.тор 1 с частотой, равной резонансной частоте собственных механических колебаний пьезоэлектрического трансфорг.атора 1. Последний работает на резонансной частоте. При изменении положения зазерлленного электрода электрического дифференциального конденсатора С, емкость, под ключенная к одной выходной секции, уменьшается на величину, соответству ющую перемещению заземленного электрода; в то же время на такую же величину увеличивается емкость, подклю ченная к другой выходной секции пьезоэлектрического трансформатора. При изменении емкости нагрузки каждой из входньх секций коэффициент трансформации изменяется и, если сигнал на входе пьезоэлектрического, трансформатора не изменяется, выходное напряжение изменяется в линейной области пропорционально емкости Сх. На выходе дифференциального усили теля 8 вырабатывается сигнал рассогласования, не зависящий от состава среды и от наличия влаги в емкостном датчике, а также от изменений параме ров генератора 4, так как для обеих емкостей, подключенных к выходным секциям трансформатора, диэлектричес кая постоянная -меняется одинаково. Для датчика только погрешность, связанная с влиянием среды и влажности, составляет 0,01%, что, меньше погрешности уже известных устройств в 1,5 раза. Преимуществом датчика является простота, возможность-получат на выходе пьезоэлектрических трансформаторов сигнал до сотни вольт в режиме холостого хода (при незначительном напряжении на входе трансформатора), что ведет к увеличению сигнала рассогласования и, следовательно, чувствительности датчика. Датчик также дает возможность получать сигнал, независимый от нестабильности источника питания и самого пьезоэлектрического трансформатора. Таким образом, датчик на пьезоэлектрическом трансформаторе является емкостным дифференциальным датчиком. К достоинствам предлагаемого датчика относится палое потребление энергии, простота изготовления (прессование или литье заготовок пьезокерамики), дешевизна пьезокерамики, стабильность и высокая точность, что позволяет применить емкостный пьезоэлектрический датчик в приборах, в которых допускается погрешность сотыетысячные доли процента. Формула изобретения 1.Датчик изменения емкости, содержащий генератор, резонирующий элемент в виде пьезоэлектрического трансформатора, управляемый конденсатор и регистрирующий прибор, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и стабильности датчика, пьезоэлектрический трансформатор выполнен в виде кольца с воздушным промежутком с одной входной секцией и двумя идентичными выходными секциями, электроды на торцах которых образуют электрический дифференциальный конденсатор, управляемый поступательным перемещением заземленного электрода, находящегося между электродами электрического дифференциального конденсатора, а поляризация во входной и выходной секциях пьезоэлектрического трансформатора выполнена перпендикулярно к электродам. 2.Датчик ПОП.1, отлич ающ и и с я тем, что электроды входной секции пьезоэлектрического трансформатора расположены на цилиндри-. ческих поверхностях кольца. 3.Датчик ПОП.1, отличи ющ и и с я тем, что пьезоэлектрический трансформатор выполнен в виде биморфа, в которого одноименные секции каждой из составляющих биморфа поляризованы навстречу друг другу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 348953, кл, G 01 R 27/26, 1970, 2.Авторское свидетельство СССР № 796773, кл. G 01 R 27/26, 1979,