Емкостный датчик перемещения Советский патент 1982 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к контрольТю-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для иэме- рения линейных перемещений.

Известны емкостные датчики перемещений, содержащие неподвижные внешние и внутренний электроды и размещенный между ними подвижной экран. При перемещении экрана относительно электродов датчика сигнал на выходе датчика изменяется пропорционально отнсялению величины перемещения экрана к его полному ходу за счет изменения площади перекрытия электродов датчика. Этот сигнал усиливается с помощью операционного усилителя, подключенного своими входами и выходом к электродам датчика 1.

Недостатком датчика является относительно небольшая чувствительность обусловленная незначительным изменением площади перекрытия внутреннего и одного из внешних электродов при единичном перемещении несекционированного экрана.

Более близким техническим решением к изобретению является емкостный датчик перемещения, содержаадия неподвижные внешний и внутренний электроды и размещенный между ними,

связываемый с контролируемым объектом в процессе измерения, секционированный экран, секции которого электрически соединены между собой и заземлены. -В этом датчике внутренний токовый электрод выполняется секционированным со многими выводами.Выходной сигнал подается через коммудатор на обмотку трансформатора компаратора токов С 2.

Конструкция датчика усложнена наличием многих выводов, применением сложной схемы обработки сигналов и увеличенным краевым эффектом вследствие того, что потенциал секций токового электрода значительно от.личается от нуля.

Цель изобретения - уменьшение краевого эффекта.

Поставленная цель достигается тем, что емкостный датчик снабжен вторым секционированным экраном, выполненным идентично первому и закрепленным через изолятор на внешней поверхнос-ти внутреннего электрода, который выполне н сплошным.

На фиг. 1 схематично представлено конструктивное выполнение датчика на фиг. 2 - принципиаьльная электрическая схема его включения и об-. работки сигналов датчика.

Емкостный датчик перемещений содержит неподвижные цилиндрические внешние электроды 1 и 2 с различной площадью поверхности и внутренний .цилиндрический сплошной электрод 3, {подключенные своими выводами А, В и С к схеме обработки сигналов датчика, содержащей операционный усилител

4.Между внешними и внутренним электродами размещены коаксиашьно с ними два секционированных 5 и б, выполненные идентично. Подвижный экран

5,цилиндрические секции 7 которого электрически соединены между собой перемычками 8 и заземлены, связывается в процессе измерений с контролируемым объектом (не показан. Неподвижный экран б состоит из цилиндрических секций 9, соединенных элек трически перемычками 10 и отделенных изолятором 11, выполненным в виде изоляционных втулок, от поверхности внутреннего электрода 3, на котором экран б закреплен.

Работа емкостного датчика основана на принципе измерения отношений плеч емкостного делителя на переменном токе. В датчике постоянный конденсатор образован наружным электродом 1 и внутренним электродом 3 и включен в цепь обратной связи операционного усилителя 4, а переменный конденсатор образован наружным электродом 2 и внутренним электродом 3 и подключен ко входу операционного усилителя 4, Емкость переменного конденсатора определяется плоцадью взаимного перекрытия подвижного экрана 5 и неподвижного экрана б ( их секций 7 и 9) .Отношение между постоянной и переменной емкостями конденсаторов датчика измеряется в схеме (фиг. 2) , обеспечивающей получение результатов измерения в электрических величинах. Так как оба конденсатора находятся в одинаковых условиях вблизи один от другого, влияние дестабилизирующих факторов температу влажности, загрязнений незначительно.

Изменение емкости икжду поверхностью внутреннего электрода 3, незакрытой неподвижным экраном 6, и поверхностью наружного электрода 2 происходит при перемещении подвижного экрана 5 за счет взаимного перекрытия равных по размерам секций 7 и 9 этих экранов. В результате

этого величина сигнала, пропорцир нального перемещению и поступающего на операционный усилитель 4, равна единичному сигнгшу, соответствующему перекрытию одной пары секций 7 и

9экранов 5 и б, умноженному на количество секций, за вычетом емкостей образованных между перемычками 8 и

10и внешними электродами 1 и 2 датчика (эта величина незначительная и тем меньше, чем меньше площади перемычек 8 и 10 .

Таким образом, на вход операционного усилителя подается увеличенный емкостной сигнал, который почти в V раз больше (и- количество секций) чем единичный сигнал. В результате чувствительность датчика при малых перемещениях практически в и раз выше.

Повышение чувствительности датчика при малых перемещениях ведет к (повышению точности измерений различных физических величин, где требуется измерение малых перемещений. Подключение датчика к операционному усилителю уменьшает краевой эффект, поскольку потенциалы внутреннего электрода и экранов одинаковы и близки к нулю. Конструкция датчика технологична и удобна для использования совместно с операционными усилителями.

Формула изобретения

Емкостный датчик перемещения, содержащий неподвижные внешний и внутренний электроды и размещенный ,ту ними, связываемый с контролируемым объектом в процессе измерения секционированный экран, секции которого электрически соединены между собой и заземлены, отличающийся тем, что, с целью уменьшения краевого эффекта, он снабжен вторым секционированным экраном, выполненным идентично первому и закрепленным через изолятор на внешней поверхности внутреннего электрода, который выполнен сплошным.

Источники информации, принятое во внимание при экспертизе

1.ЕМКОСТНЫЙ датчик фирмы Automatfc Sismem Laboratories. Проспект Британская промышленность и техника. Октябрь-декабрь 1976.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2339174/28,

кл. G 01 В 7/00, 1976 (прототип).

Датчик

i . I,