Устройство для преобразования механических величин в электрические Советский патент 1982 года по МПК G01P15/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах регулирования и контроля в качестве преобразователя различных механическ1 х величин в электрические.

Известен электролитический управляемый дифференциальный конденсатор, в котором электрическая емкость образована столбиком ртути, находящейся в электроизоляционном капиллярном корпусе и Металлическими пленками, нанесенньми на наружную поверхность корпуса 1.

Столбики ртути разделены зазором электролита. П)ри прохождении тока через зазор электролита мениски ртутных столбиков перемещаются, что приводит к изменению величины емкости,...

Недостатке этогх управляемого конденсатора является сложная аппаратурная реализация преобразования ; изменяющейся емкости в выходной сигнал ,добный для дальнейшего применения в системах регулнрова ния и контроля.

Наиболее близким к предлагаемому является электрокапиллярный датчик механических воздействий,

представляет собой капиллярный сосуд, заполненный ртутью и электролитом, в торцах сосуда имеется свободная газовая полость, обеспечивающая перемещение жидкого рабоче го тела (ртуть и электролит) по длине капилляра. Датчик имеет два вывода, один, из которых гальванически связан с ртутью, другой - с электро

10 литом. Под воздействием на выводах датчика возникает разность потенциалов, пропорциональная величине ускорения (2.

Указанный датчик не обеспечивает

15 измерения медленно.изменяющихся ускорений, менее 0,1 Гц. Кроме того, , поскольку, выходной величиной является, разность потенциалов/ а внутреннее сопротивление датчика эмачи

20 тельно, то вход измерительного устройства должен быть высетсоомньм, что снижает Электрическую помехозащищенность всего устройства.

Целью изрОрйтенпя является рас25ширение, частотного даапа зона и увеличение помехоэащиценности устрой- : ства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для npeoOpasO

30 вания механ1{Чвских величин в алвктрические, содержащем герметичный капиллярный сосуд из непроводящего материала, заполненный электропроводным жидким рабочим телом с газовыми объемами в торцах, и электрод, установленный в корпусе сосуда и контактирующий с жидким рабочим те- ; Лом, оба торца сосуда выполнены в виде МДП-структур, затворами которых является жидкое рабочее тело.

Такое выполнение устройства позволяет применить МДП-структуру с изменяющейся площадью затвора, что уменьшает внутреннее сопротивление устройства и обеспечивает возможность измерять медленно изменяющиеся; воздействия, в том числе и .постоянные воздействия,

На ..фигЛ представлен датчик угловых ускорений, продольный разрез; на фиг.2 - дифференциальная схема , включения датчика в измерительный блок. ,

Датчик состоит из герметичного торроидального капиллярного сосуда

1,выполненного из непроводящего материала, заполненного проводящей жидкостью - рабочим телом 2. В отверстие боковой поверхности сосуда

1 установлен электрод 3, имеющий гальванический-контакт с рабочим телом и залитый герметиком 4. В торцах сосуда 1 имеется свободная газовая полость 5. Торцы сосуда выполнены из полупроводниковой,пластины б, изолированной от рабочего тела ,2 непроводящим слоем 7. Полупроводниковая пластина.6 и электрод 3 снабжены выводами для подключения к измерительному блоку.

Под воздействием ускорения рабочее тело перемещается по сосуду 1 в направлении,противоположном направлению вращения сосуда (указано стрелкой). При этом происходит ynpyt-oe сжатие газа в полости 5 и увеличение площади контакта мениска рабочего тела с полупроводниковой пластиной 6 через изоляционный слой 7. На противоположном торце происходит обратное явление - уменьшение площади контакта мениска рабочего тела. Таким образом, рабочее тело

2,полупроводниковая Пластина 6 и изоляционный слой 7 образуют две МДП-структуры с переменной площадью затвора - транзисторы VI и V2, которые включаются в дифференциальную схему измерительного блока (фиг.2). На затворе транзисторов VI и V2 поддерживается постоянный запирающий потенциал делителя, выполненного на резисторах R1 и R2, Токи стока транзисторов, а следовательно, и по-: тендиалы истоков зависят от величины объемного заряда, который при постоянном потенциале на затворе обратно пропорционален емкости, образованной затворсм - рабочим телом-2, изоляционным слоем 7 и полупроводниковой Пластиной 6. Таким образом, под воздействием ускорения изменяется площадь затвора, а следовательно, изменяется и потенциал истоков, что и является выходным сигналом датчика Зависимость выходного напряжения от ускорения находится экспериментально.

На основе описанного датчика углоВых ускорений можно построить датчики для различных механических воздействий. Так при выполнении сосуда в виде прямолинейного цилиндра можно построить датчик линейных ускорений. Изменяя объем и давление рабочего тела внутри капилляра за счет внешних воздействий можно построить датчики давления перемещения и-т. д.

Применение датчиков для преобразования механических величин в электрические с использованием МДП структуры с изменяющейся площадью затвора обеспечивает регистрацию механических величин в частотном диапазоне от нуля до нескольких кГц,что позволяет производить одновременные замеры в различных частотных диапазонах о одним датчиком, а также более точно Фиксировать форму инфранизкочастотных воздействий. Благодаря низкоомности выходного электрического сигнала датчиков они могут использоваться при значительном уровне электрических помех.

Формула изобретения

Устройство для преобразования механических величин в электрические, содержащее герметичный капилг лярный сосуд из непроводящего материала, заполненный электропроводньи жидким рабочим телом с газовыми объемами в торцах, и электрод, установленный в сосуде и контактирующий с жидким рабочим телом, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и. увеличения помехозащищенности устройства, в нем оба торца сосуда выполнены в виде .МДП-структур, затворами которых является жидкое рабочее тело.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 0 362649, кл. Н 01 G 4/04, 25.05.70.

2.Трейер В,В. Электрохимические лриборы. М., Советское радио , 1978, с . 46, рис. 23а (прототип).

rfif,,

tffc/ 41.t