Емкостный измерительный щуп

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

O% OO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (89) 136897 ГДР. (21) 7770603/25-28 (22) 06.06.79 (31) WP 01 P /206138 (32) 20.06.78 (33) ГЯР (46) 30.04.83. Бюл. И 16 (72) Эберхард Рисланд, Вольфганг

Вагнер и Гюнтер Опитц (ГДР) (71) ФЕБ Электромат им Комбинат

Иесэлектроник .(ГДР) (53) 621.317.39:531.71(088.8) (54)(57) 1. ЕИКОСТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ щуП для измерения иалых расстояний до поверхности- электропроводных материалов, содержащий полый электропроводный экран и размещенные внутри не .о два электрода, отделенные один от другого диэлектриком, и усилительный элемент, подключенный к одному из электродов, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен тре- (,ц) G 01 В 7/08; G 01 В 7/14 тьим электродои, выполненныи в виде штыря 6 связи с измерительной площадкой 7 на его внешнем торце, штырь

6 связи размещен внутри первого электрода 4 и отделен от него и от второго электрода 5 диэлектриком, второй электрод размещен над первым электродом и отделен от него развязывающим выступом 10 электропроводного экрана 3, а усилительный элемент 9 разиещен внутри экрана 3 и вы полнен в виде полевого транзистора.

2. Еикостный изиерительный щуп поп.1, о тли чающийся тем, что измерительная площадка 7 штыря 6 связи находится на одном уровне с внешними торцами первого электрода 4 и экрана 3.

3. Емкостный измерительный щуп по и.1; о т л и" ч а ю шийся тем, что измерительная площадка 7 штыря 6 связи выступает за пределы внешних торцов первого электрода 4. и экрана 3.

1015243

1О

20

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояний между емкостным измерительным щупом и электропроводящич материалом. При этом с помощью емкостного измерительного щупа могут быть измерены и плавные изменения толщины и расположение ограничительных кромок электропроводящего материала.

Известен емкостный измерительный зонд, применяемый в уровнемере по

ОЕ-AS 2 448 205, в котором зондо. вый электрод выступает внутрь измеряемого обьема. Под воздействием загружаемого материала деформируется поле зондового электрода по сравнению к состоянию без наличия загружаемого материала. В результате этого изменяются емкостные соотношения и производится индикация s схеме для обработки данных. Из-за недостаточно качественного экранирования данный емкостный зонд непригоден для измерения незначительных расстояний между зондовым электродом и контролируемой электропроводкой поверхностью.

Специальная конструкция экранирующего устройства для многодорожечных электромагнитных головок для записи и/или воспроизведения сигналов описывается в хозяйственном патенте 00-ИР 129 940„ При этом экранировка образуется из соединения электропроводящих и диэлектрических слоев, которые составляют экранирующие пластины и из общей для всех магнитных систем пластины для деформации поля. Экранирующие пластины при этом размещаются между отдельными магнитными системами и увеличивают переходное затухание.

Цель изобретения - создание емкостного измерительного шупа, пригодного для определения самых минимальных емкостей между измерительным шупом и электропроводящим материалом .и для регистрации их. При этом конструкция измерительного ulyna должна быть простой и иметь небольшую измерительную площадь.

Изобретение относится к емкостно" му измерительному шупу, у которого посредством специального конструктивного выполнения экранировки почти полностью подавляются мешающие по отношению к земле емкости и мешающие связи, из-за чего обеспечивается измерение самых минимальных расстояний до проводящей поверхности.

Емкостный измерительный шуп состоит,из заземленного экрана в виде закрытой сверху полой детали.

В пределах экрана находится первый электрод, оканчивающийся снизуна одном уровне с экраном. Над первымэлектродом размещается второй электрод, Внутри первого электрода и в некоторых случаях в выемке или пазу во втором электроде размещен третий электрод, выполненный в виде штыря связи с измерительной площадкой, причем последняя заканчивается на одном уровне с экраном и первым электродом, Пространство между экраном, электродами и соединительным штырьком заполнено диэлектриком. При этом толщина стенок между отдельными электропроводящими элементами одинаковой величины. В пределах экрана, над вторым электродом, размещается усилительный элемент.

25 Первый электрод соединен со входом измерительного шупа через первое отверстие экрана, а второй электрод соединен со входом усилительного элемента, который через второе отверстие

30 в экране соединен с выходом емкостного измерительного шупа, Оказывается выгодным, если усилительным элементом является транзистор с полевым эффек гом, затвор которого представляет собой вход усилительного

З5 элемента, сток представляет собой его выход, а исток соединен с экраном, Экран между первым. и вторым электродами снабжен развязывающим выступом.

Это приводит к снижению мешающей свя40 зи между электродами.

Оказывается выгодным, если измерительная площадка штыря незначительно выходит за пределы внешних торцов экрана и первого электрода, так как

45 в случае соприкосновения измеряемой поверхности с изолированным со всех сторон штырем связи исключается возникновение к.з. между остальными элек- тропроводящими деталями шупа, Конструктивная конфигурация измерительного шупа должна быть специфичной для разных способов измерения.

Если преимущественно должно замеряться расстояние, то благоприятным оказывается круглое сечение экрана. Для

55 определения расположения ограничительных кромок электропроводящего мате риала выгодным оказывается прямоуголь",ное сечение экрана.

". ю

3 101524

3 4 рого отверстия 12 в экране 3 соединен с выходом А щупа.

Принцип работы емкосэного измерительного щупа поясняется на основании схемы замещения (фиг.3)., Существуют следующие емкости: емкость С между электродом 4 и шты1 рем 6 связи, емкость С между штырем 6 и электродом 5 и йзмерительная емкость Сх между штырем 6 и находящимся под, йотенциалом экрана проводя« щим материалом 2. Кроме того, существют паразитные емкости Ср между соединительным штырем 6 и экраном 3

1 и С> между электродами 4 и 5, величины которых сохраняются минимальными за счет выполнения экранирующего выступа 10 между ниии. Другие емкости существуют между экраном 3 и электродом 4 с емкостью С„„, а также между экраном 3 и .электродом 5 с подключением параллельно расположенной входной емкости усилительного элемента 9 с емкостью Ся . Однако емкость С„1„ не приводит к искажению результата.измерения, а ее мешающее влияние всего лишь сказывается в нагрузке переменного напряжения питания Уо.

Поэтому емкость С,„ показана на

М1 фиг.3 только условно.

Если подключить на вход Е напряжение 00 питания переменного тока, ro происходит деление напряжения на вышеуказанных емкостях емкостного измерительного щупа 1.

Благодаря наличию развязывающего выступа 10 паразитная емкость С р поддерживается в пренебрежительно малых пределах. Благодаря этому получаем -для выходного напряжения 0А в зависимости от замеряемого расстояния d. В результате изменения расстояния изменяются емкости между экраном, первым электродом и соединительным штырьком. В момент приложения переменного напряжения ко входу шупа на выходе его появляется выходное переменное напряжение, зависящее от расстояния до проводящей поверхности.

На фиг.1 показана схема размещения емкостного измерительного myna отно- е .сительно проводящей поверхности; на фиг.2 - сечение myna; на фиг.3 - схема замещения емкостного myna; на фиг.4 и фиг.5 - другие варианты ис,полнения емкостного щупа; 15

Емкостный измерительный шуп 1 предназначен для измерения расстояния d

1 до электропроводящего материала 2 или для определения расположения ограничительных кромок электропроводящего в материала 2.

Емкостный измерительный шуп 1 содержит заземленный экран 3 в виде закрытого сверху пустотелого элемента. Внутри экрана 3 размещается пер- М вый электрод 4, над которым расположен второй электрод 5. В отверстии электрода 4 и вблизи электрода 5 раз.мещен соединительный штырь 6 сэязи, имеющий измерительную площадку 7. ЭО

При этом измерительная площадка 7 незначительно выступает за пределы площадки, образованной нижними торцами экрана 3 и электрода 4 для того, чтобы избегать появления к.з. между

33 электропроводящими деталями щупа при его установке на электропроводящий материал 2.

При этом пространство между экраном 3, электродами 4, 5 и соединитель40 ным штырем 6 заполняется диэлектриком с низкой диэлектрической пронициаемостью, благодаря чему эти детали оказываются изолированными друг от друга гальванически. При этом сле45 дует выбрать одинаковую толщину стенки диэлектрика 8 между отдельными деталями.

В пределах экрана 3 и над электродом 5 размещен усилительный элемент

9. Экран 3 имеет между электродами

4 и. 5 раэвязывающий выступ 10, что снижает риск мешающей связи между этими электродами.

Электрод 4 соединен посредством первого отверстия 11 экрана 3 с входом Е шупа, второй электрод 5 соеди" нен с входом усилительного элемента 9 а выход усилителя посредством вто« з г

U =-"0—

1 1

А О, См См Ск

-С +С

2 2

1+ к

Дополнительной целью является поддерживание параэитной емкости С>

«Р1 малои за счет выбора специальной конструкции щупа, так как влияние от Ср подавляет собственный эффект измерения. Переменной емкостью является емкость С„, заданная изменяющимся расстоянием d измерительной площад1 ки 7 штыря 6 связи до проводящей поверхности 2.

101 243 фиУ.З

Признано изобретением по резуль атам экспертизы, осуществленной веРомством по изобретательству Германской Демократической республики.

- 1015243 фий4

Составитель С.Скрыпник

Редактор В.Пилипенко Техред С.Иигунова Корректор А.ДзятФэ.

Заказ 3195/39 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4