Электронно-механический преобразователь линейных перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений объекта.

Известны электровакуумные преобразователи линейных перемещений, так называемые механотроны 1.

Недостатком этих преобразователей является ограниченный диапазон измеряемых перемещений, составляющий несколько мм.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является обладающий более широким диапазоном измеряемых перемещений порядка t50 мм электронно-механический преобразователь линейных перемещений, содержащий газоразрядную трубку с двумя внутренними, неподвижными, акси итьно расположенными осесимметричными электродами с зазором между их торцами, и установленным коаксиально с возможностью перемещения вдоль оси трубки, внешним цилиндрическим электродом. Внутренние электроды этого . преобразователя выполнены штыревыми, а расстояние между их торцами не превы11ает диаметра электродов f 2 .

Недостатками известного преобра- зователя являются ограниченная чувствительность и невозможность получения выходной характеристики преобразования заданного вида-, так как внутренние электроды газоразрядной трубки выполнены штыревыми.

Целью изобретения является повышение чувствительности и обеспечение регулировки форкы характеристики преобразования.

10

Для достижения поставленной цели в электронно-механическом преобразователе линейных перемещений, содержащем высокочастотную газоразрядную трубку с двумя внутренними, неподвиж15ными, аксиально расположенными осесимметричными электродами с зазором между их торцами и установленным коаксиально с возможностью перемещения вдоль оси трубки внешним цилинд20рическим электродом, внутренние электроды выполнены с участками конусной поверхности, макбимальной и минимальной D,y,диаметры которых, а также внутренний диаметр

25 газоразрядной трубки D связаны соотношениями1

и и --В 2Ci

тр

К Я)

ma-d tw р

W - скорость дрейфа электрогде

30 нов в плазменном столбе; U) - круговая частота В4 поля р - давление газа в разрядной трубкф С - величина, зависящая от рода газа, частоты В4гПоля и толщины. Диэлектрической стенки газоразря ной трубки,.превышагацая 20 см тор. Кроме того, внутренние электроды могут быть выполнены полыми или ступенчатыми измененями диаметра по их длине. На чертежесхематично изображен один из вариантов электронно-механи ческого преобразователя линейных пе ремещений , Преобразователь содержит газораз рядную трубку 1 с двумя внутренними неподвижными, установленными аксиально и осесимметрично электродами 2, выполненными в виде тел вращения с переменным сечением возрастаю щим от величины , в центре разрядной трубки 1 до величины Dyy,(-jx в направлении к ее концам. Подвижный электрод 3 выполнен в виде лолого цилиндра, размещенного снаружи газо разряднЬй трубки, кварцевая колба которой имеет внутренний диаметр электроду 3 подключен один из зажимов генератора 4 высокой частоты, противоположный зажим которого зазе 5 5лен. f Внутренние электроды 2 отделены од от другого в центре трубки воздуш; ным зазором, который выбирается минимально возможным и лимитируется из технологических соображений-. Для предотвращения зал лкания между ними их торцы могут быть покрыты тонким слоем диэлектрика. Один из внут ренних электродов 2 заземлен, а к второму подключен конденсатор .5 большой емкости, представляющий, практически,,короткое замыкание для переменной составляюей В4 напряжения на нем и предназначенный для вьзделения на нем полезного сигнала постоянного тока, несущего информацию о перемещенияя подвижного элект рода 3 относительно неподвижных электродов 2 и измеряемого, например, с помощь р вольтметра. Электронно-механический преобразователь работает следующим обарзом При подключении фиксированного В4 напряжения к подвижному электроду 3 газоразрядной трубки, В4 напря жение на приэлектродном слое внутре них электродов 2, а следовательно, постоянный потенциал Vо плазмы, возн кагадей в межэлектродном зазоре, буд определяться максимальным диаметром охватываемого плазмой сечения, внутренних электродов. Благодаря профилированию сечения внутренних электродов и выбору их размеров , а также внутреннего диаметра газоразрядной .трубки , удо летворяющими приведенным выше соотношениям, обеспечивается возбуждени.е и поддержание стационарного высокочастотного емкостного разряда ВЧЕ:) во всем межэлектродном зазоре, несмотря на изменение межэлектродного расстояния между электродами 2 и 3. Выполнение указанных соотношений обеспечивает существование слаботочного режима горения ВЧЕР, характеризующегося тем,, что потери электрической мощности В; приэлектродных слоях пространственного заряда, неизбежно присутствунщих в разряде, минимальны, а вольт-амперная характеристика (ВАХ) разряда - растущая. Указанные соотношения между , D позволяют реализовать заданный режим горения ВЧЕР. Когда внешний электрод 3 расположен симметрично над зазором между внутренними электродами 2, постоянный потенциал между одним из неподвижных внутренних электродов и плазмой о-1/ также между другим электродом и плазмой Voi имеют одинаковую величину. Смещение вправо (влево внешнего электрода 3 приводит к изменению значений разных максимальных диаметров, охватываемых плазмой, в зависимости от положения этого электрода, а следовательно, к появлению полезного сигнала.-, разности потенциалов постоянного тока V Vg,,- Vo2/ выделяющейся на конденсаторе 5.. Выполнение профилированных внутренних электродов полыми делает возможным изменять частоту собственных колебаний преобразователя за счет изменения массьЗ электродов. Кроме того, с целью получения характеристик преобразования с участками, резко отличающимися по чувствительности преобразования, внутренние неподвижные электроды преобразователя могут быть выполнены в виде цилиндров СО:ступенчатыми изменениями диаметра по их длине. В предлагаемом преобразователе полезный сигнал У действием двух факторов: неоднородностью плазмы в аксиальном направлении, как в известном преобразователе, и, помимо того, дополнительной разностью постоянных потенциалов, возаикакядих при смещении внешнего электрода относительно зазора, за счет различных максимальных диаметров, охватываемых плазмой. Указанная дополнительная разность потенциалов составляет в слаботочном ВЧЕР десятки вольт. Именно это обсптоятельство позволяет увеличить чувствительность преобразования и реализовать возможность активно влиять на характеристики пре%)браэования путем выбора определенного профиля внутренних электродов. Формула изобретения Электронно-механический преобразователь линейных перемещений, содержащий высокочастотную газоразряд ную трубку с двумя внутренними, неподвижными, аксиально расположенным осесимметричными электродами с зазо ром между их торцами и установленны ,коаксиально с возможностью перемеще ния вдоль оси трубки внешним электродом, отл. ичающийся .тем что, с целью повышения чувствительности и регулировки форлм характерис тики преобразования, внутренние электроды выполнены с участками конусной поверхности, максимальный минимальный D диаметр которых, а также внутренний диаметр газо разрядной трубки D. связаны соотношениемсГ где /др - скорость дрейфа электронов в плазменном столбе; Ш - круговая частота В4 поля,; р - давление газа в разрядной трубке,-; Сц - величина, зависящая от рода газа, частоты В4 поля и толщины диэлектрической стенкигазоразрядной трубки, превышаюсдая 20 см тор. 2. Преобразователь по п. 1, от личающийся тем, что внут- ; ренние электроды выполнены полыми. 3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения скачкообразного изменения чувствительности, внутренние электроде) выполнены со ступенчатыми измененями диаметра по их длине. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бердин Г.С. и Розентул С.А. Механдтронные преобразователи и их применейие. М. , Энергия,с. 239. 2. Авторское свидетельство СССР № 488364, кл. Н 04 R 23/00, 1973 (прототип).