Емкостно-электронный преобразователь перемещения в напряжение

 

ЕМКСКЛ НО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБ ТАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАПРЯЖЕНИЕ , содержащий электронный ключ, вход которого подключен к выходу / генератора импульсов, первую и вторую диодно-резисторные цепи, аноды , диодов которых подключены к выходу электронного ключа , катоды соединены через резисторы соответственно с входами первого и второго фильтрсж низт ких частот, двухэлектродный емкостный датчик, потенциальный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резисторапер ...1 )вой диодно-резисторной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров низких частот, второй сумматор , прямой вход которого подключен к источнику опорного напряжения , инверсный вход подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен с выходной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа , о т л и.чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок обратно Пропорционального преобразования сигнала и делитель напряжения, i причем вход блока обратно пропорционального преобразования сигнала (О подключен к выходу второго сумматрра вькод соединен с входом делителя . напряжения, к выходу которого подключен дополнительный инверсный вход первого сумматора, а потенциальный электрод емкостного датчика выполнен шарообразным05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 4 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ЛО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

{21) 3495379/18-21 ,(22) 27.09. 8 2 (46) 30 . 12 . 83. Бюл. М 48 (72) М . М . Сир аз етди н ов (53) 6?1 ° 317 ° 33 (088, 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ю 756315, кл. 5 Ol К 27/26, 1980, 2 Авторское свидетельство СССР .По заявке М 3339495/21, кл. G .01 9 5/24, 1982, (54)(57) ЕИКОС1НО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБ » РАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАПРЯ-.

ЖЕНИЕ, содержащий электронный ключ, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первую и вто« рую диодно-резисторные цепи, аноды .. диодов которых подключены к выходу электронного ключа, катоды соединены через резисторы соответственно с входами первого и второго фильтров низ-. ких частот, двухэлектродный емкост ный датчик, потенциальный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резистора пер„.SU„„1064137 А вой диодно-резисторной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подключены соответств енно к выходам первого и второго фильтров низких частот, второй сумматор, прямой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, инверсный вход подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен с выходной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа, о т л и,ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок обратно Пропорционального преобразования сигнала и делитель напряжения, причем вход блока обратно пропорци- 3 онального преобразования сигнала подключен к выходу второго сумматора выход соединен с входом делителя напряжения, к выходу которого подключен дополнительный инверсный вход

Ф \ первого сумматора, а потенциальный электрод емкостного датчика . выполнен шарообразным.

10641 37

Указанная цель достигается тем, что в емкостно-электронный преобра- 60 зователь перемещения в напряжение, содержащий электронный ключ, вход . оторого подключен к выходу генератора импуль".оз, первую и вторую днодно-резисторные цепи, аноды диИзобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям перемещения в напряжение с помощью двухэлектродных емкостных датчиков с изменяемой seличиной зазора. . Известно устройство для измерения перемещений, содержащее электронный ключ, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, две диодно-резисторные цепи, аноды диодов подключены к выходу электронного ключа, катоды через резисторы соединены с входами измерительного прибора, двухзлектродный,емкостный датчик и конденсатор сравнения, 15 подключенные к точкам соединения катодов диодов и резисторов диодно-резисторных цепей Измерительный прибор показывает разно"ть то, ков разряда, пропорциональную разности емкостей датчика и конденсатора сравнения (1 ).

Недостаток известного устройстванелинейная зависимость выходного параметра от перемещения, 25

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является,устройство для преобразования перемещения в на пряжение, содержащее электронный ключ, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первую и вторую диоднорезисторные цепи, аноды диодов которых подключены к выходу электронного ключа, катоды соединены через резисторы соответственно с входами первого и второго фильттров низких частот, двухэлектродный емкостный датчик, потенциальный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резистора первой диодно-резисторной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров низких час- 45 тот, второй сумматор, прямой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, инверсный вход пбдключен к выходу первого сумматора, а выход соединен с введенной выход- 50 ной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа Р2 3.

Недостатком данного устройства является низкая тйчность измерения, обусловленная влиянием непараллель- 55 ности пластин емкостного датчика.

Цель изобретения — повышение точ-. ности измерения. одов которых подключены к выходу электронного ключа, катоды соединены через резисторы соответственно с входами первого и второго фильтров низких частот, двухэлектродный емкостный датчик, IloTQHUHBJIb» ный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резистора первой диодно-резистор ной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подклю,чены cooTBBTOTBBHHQ к выходам первого и второго фильтров низких частот, второй сумматор, прямой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, инверсный вход подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен с выходной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа, введены блок обратно пропорционального преобразования сигнала и делитель напряжения, причем вход блока обратнопропорционального преобразования сигнала подключен к выходу второго сумматора, выход соединен с входом делителя напряжения, к выходу которого подключен дополнительный инверсный вход первого. сумматора, а потенциальный электрод емкостного датчика выполнен шарообразным

На чертеже приведена блок-схема емкостно-электронного преобразователя перемещения в напряжение °

" Емкостно-электронный преобразователь содержит генератор 1 .импульсов, выход которого соединен с входом электронного ключа 2, первую диодно-резисторную цепь, образованную диодом 3 и резистором 4, и вторую диодно-резисторную цепь, образованную диодом 5 и резистором б °

Потенциальный электрод 7 емкостнОго датчика шарообразной формы подключен к точке соединения катода диода 3 и резистора 4 первой диодно-резисторной цепи

Входы первого 8 и второго 9 фильтров низких частот подключены к соответствующим свободным выводам резисторов 4 и 6, а выходы соединены соответственно с прямым и инверсным входами первого сумматора 10, Прямой вход второго сумматора 11 подключен к источнику опорного напряжения 0,,инверсный вход подключен к выходу первого сумматора 10, а выход соединен с выходной шиной устройства, являющейся шинбй питания, электронного ключа 2, а также входом блока.12 обратно пропорционального преобразования сигнала.

Выход блока 12 обратно пропорциональ ного преобразования сигнала соединен с входом делителя 13 напряжения, к выходу которого подключен инверсный вход первого сумматора 10, 1064137

Составитель С.Морозов

Редактор А. Мотыль Техред И.Асталош корректор Л. Патай

Заказ 10507/42 Тираж 643 Подписи ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

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

Филйал ППП Патент,,г, Ужгород, уп, Проектная, 4

Блок 12 обратно пропорционального преобраз ов ан и я си гнала может быть выполнен по об ой известной схеме, например, в виде последовательно соединенных логарифмирующего усилителя, схемы вычитания и антилога5 рифмирующего усилителя .

Емкостно-электронный преобразователь .работает следующим образом

Потенциальный электрод 7 емкостного датчика записывается прямоугольными импульсами с выхода электронного ключа 2, управляемого от генератора 1 импульсов, через первую диодно-резисторную цепь, состоящую иэ диода 3 и резистора;4 ° При этом в точке соединения диода 3 и резистора 4 формируются импульсы напряжения с длительностью спада, определяемой постоянной времени разряд- 20 ной цепи емкостного датчика, а в точке соединения диода 5 и резисто-. ра б второй диодно-резисторной цепи формируются импульсы напряжения, близкие по форме к прямоугольным ° )5

На выходах фильтров 8 и 9 низких частот формируются напряжения, пропорциональные средним значениям этих импульсных напряжений. На выходе сумматора 10 формируется напряжение, определяемое напряжениями на его входах, которое затем сравнивается с опорным напряжением Ор на втором сумматоре 11 . Выходное напряжение второго сумматора 11 подается на шину питания электронного ключа 2, и по его величине судят о"текущем значении перемещения.

При отсутствии напряжения на выходе делителя 13 характеристика преобразования Яперемещение — вы- 4О ходное напряжение" имеет нелинейный начальный участок характеристики, обусловленной зависимостью емкости системы электродов шарообразной формы и плоскости, выражаемой суммой ряда гиперболических функций. Изменением коэффициента передачи делителя 13 устанавливают напряжение на инверсном входе сумматора 10, равным оптимальному значению, при котором выходная характеристика преобразования близка к линейной

Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет инвариантности шарообразного электрода относительно плоскости заземленного .электрода емкостного датчика. Введение новых элементов (блока обратно пропорционального преобразования сигнала и делителя напряжения) уменьшает нелинейность характеристики преобразования. Расчетным путем получено, что соответствующим выбором параметров блока обратно пропорционального преобразования сигнала и делителя напряжения можно получить

1 погрешность нелинейности не более 0,5% в диапазоне перемещений ,0,1 — 1,0Р (где Р— радиус шарооб.;разного электрода) . Экспериментально получен диапазон преобразования перемещения в напряжение 1-4 мм (при Й = 1-2 мм) и нелинейности характеристики преобразования 1-2%, определяемой качеством настройки преобразователя.

Предлагаемое устройство может найти применение при бесконтактном измерении перемещений и механических колебаний различных объектов.