Устройство для бесконтактного измерения переменного напряжения

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение точности измерения. Устройство содержит емкостный датчик 1, предварительный усилитель 2 индуцированного на датчике напряжения, электростатический экран 8 и двухэлек-, тродный емкостной датчик 4. Введение усилителя 3 с переменным коэффициентом усиления, генератор 5 переменного напряжения, частотного детектора 6 и образование новых связей между элементами устройства устраняет зависимость выходного сигнала от расстояния между емкостным датчиком и контролируемой поверхностью. 1 ил. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГЪБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ьй .Л) О 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3879847/24"21 (22) 08..04.85 (46) 30.)0.86, Бюл, У 40 (71) Институт электроники АН БССР (72) А. А. Муравицкий, В, П. Мельников, В. П. Короткий, А, М. Семенов и Н. В. Лопарева (53) 62).317.328(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1045171, кл. G О1 R 29/12, 1972.

Патент США ))- 4205267, кл. G О) R 5/28, 1980.

„„SU„„1261299 А 1 (51) 4 G О) R 29/12 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности измерения, Уст ройство содержит емкостный датчик 1, предварительный усилитель 2 индуцированного на датчике напряжения, электростатический экран 8 и двухэлек-,. тродный емкостной датчик 4. Введение усилителя 3 с переменным коэффициентом усиления, генератор 5 переменного напряжения, частотного детектора

6 и образование новых связей между элементами устройства устраняет зависимость выходного сигнала от расстояния между емкостным датчиком и контролируемой поверхностью. 1 ил.

1 l2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для бесконтактного измерения переменного напряжения в процессе контроля и диагностики электронной аппаратуры.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем устранения зависимости выходного сигнала от расстояния между емкостным датчиком и контролируемой поверхностью.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит емкостный датчик 1, предварительный усилитель 2 индуцированного на датчике напряжения, усилитель 3 с переменным коэффициентом усиления, дополнительный двухэлектродный емкостный датчик 4, генератор 5 переменного напряжения, . частотный детектор 6 и нелинейный усилитель 7, причем дополнительный датчик 4 включен в цепь управления частотой генератора 5 переменного напряжения, к выходу которого подключены последовательно частотный детектор 6 и нелинейный усилитель 7, выход последнего соединен с управляющим входом усилителя 3 с переменным коэффициентом усиления, выход которого подключен к измерительному прибору, емкостный датчик 1 соединен с. входом предварительного усилителя 2, выход которого соединен с входом усилителя 3 с переменным коэффициен" том усиления, Емкостный датчик 1 и дополнительный двухэлектродный датчик 4 механически связаны и заключены в заземленный электростатический экран 8, который имеет отверстия напротив каждого из датчиков. Внутри экрана

8 расположены также предварительный усилитель 2 и генератор 5 переменного напряжения. Датчики 1. и 4, усилители

2 и 3, генератор 5 и экран 8 выполнены в виде щупа, в процессе измерения подносимого к контролируемой поверхности 9 на некоторое расстояние

А. . Устройство работает следующим: образом .

Щуп устройства приближают к контролируемой поверхности 9 на некоторое расстояние А. Электрический потенциал контролируемой поверхности 9 индуцирует на емкостном датчике 1 напряжение, поступающее на вход предварительного усилителя 2 и далее. на

67299 2

55

50 носитель 3 с переменным коэффициентом усиления ° Выходным сигналом устройства является напряжение на выходе усилителя 3 с переменным коэффициентом усиления. Индуцируемое на емкостном датчике 1 напряжение, а следовательно, и напряжение на выходе усилителя 3 зависят от расстояния

А. Для устранения этой зависимости введена цепь коррекции, содержащая дополнительный двухэлектродный емкостной датчик 4, генератор 5 переменного напряжения, частотный детектор 6 и нелинейный усилитель 7, Дополнительный двухэлектродный емкостный датчик 4 включен в цепь управления частотой генератора 5 таким образом, что частота генератора 5 является функцией емкости между электродами датчика 4 (два электрода дополнительного датчика 4 образуют конденсатор, включенный в колебательный контур генератора 5, определяющий его частоту), Емкость между электродами датчика 4 изменяется под воздействием распределенной емкости контролируемой поверхности и приводит к изменению частоты генератора 5, т ° е, частота генератора является функцией расстояния А. Изменения частоты генератора 5 частотным детектором 6 преобразуются в изменения напряжения, которые поступают на вход нелинейного усилителя 7, Коэффициент усиления линейного усилителя 7 в пределах его динамического диапазона изменяется по такому закону, чтобыобеспечивалась линейность его выходного напряжения по отношению к параметру А.

С выхода нелинейного усилителя напряжение поступает на управляющий вход усилителя 3 и определяет его коэффициент усиления.

Возможные в процессе измерения вариации расстояния А приводят одновременно к появлению погрешности измеренного напряжения на входе усилителя 3 и изменению его коэффициента усиления, компенсирующему возникшую погрешность, Таким образом, на выходе усилителя 3 (т.е. на выходе устройства) имеется напряжение, пропорциональное потенциалу контролируемой поверхности, не зависящее от расстояния A и поступающее на вход измерительного прибора.

67299

Со ст ави тель Е . Плужников а

Техред И.Попович Корректор М, Демчик

Редактор Л, Пчелинская

Заказ 5768/42 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,. ул.Проектная, 4

3 12

Функциональная зависимость частоты генератора, а следовательно, и напряжения на выходе частотного детектора 6 от расстояния А, т,е, U9(A) определяется конкретным конструктивным исполнением дополнительного двухэлектродного емкостного датчика 4 и емкостного монтажа частотнозадающих цепей генератора 5, Эта зависимость может быть получена экспериментальным путем по следующей методике.

Щуп с датчиками устанавливают на минимальном расстоянии от контролируемой поверхности. Затем с помощью микрометрического винта щуп отводят от поверхности. При этом строят кривую зависимости Щ(А). Полученная таким образом зависимость U (А) для изготовленного образца устройства в диапазоне измерений расстояния А от

0,1 до 1 мм удовлетворительно аппроксимируется логарифмической зависимостью Ц (А) К,lgA (где К, — коэффициент пропорциональности) ° Поэтому в качестве нелинейного усилителя 7 в устройстве применен антилогарифмический усилитель, позволяющий получить на выходе линейно зависящее от расстояния А напряжение, U,(А) = К А (где К вЂ” коэффициент пропорциональности), которое затем поступает на управляющий вход усилителя 3 и определяет его коэффициент

К„,(А) = К,Б,(А) = Кз К, А (где Кз коэффициент пропорциональности), В частном случае (беэ учета распределенной емкости контролируемой поверхности) напряжение, индуцируемое на емкостном датчике 1, а следовательно, и на выходе предварительного усилителя 2, обратно пропорционально расстоянию А, т ° е, КqUa (t)

U (А t)

А

5 где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

U(t) — измеряемое напряжение.

Таким образом, на выходе усилителя 3 с переменным коэффициентом усиления (на выходе устройства) имеется напряжение

Пъыз К с (A) U (Aý t) К К К П () ° которое не зависит от расстояния A.

t5

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения переменного напряжения, со» держащее первый емкостной датчик, соединенный с предусилителем, второй емкостной датчик, усилитель и измерительный прибор, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены генератор переменного напряжения, частотный детектор и усилитель с переменным коэффициентом усиления, при этом второй емкостной датчик выполнен двухэлектродным и включен в цепь управления частотой генератора переменного напряжения, к выходу которого подключены последовательно соединенные частотный детектор и усилитель, который выполнен нелинейным, выход усилителя соединен с управляющим входом усилителя с переменным коэффициентом усиления, сигнальный вход которого соединен с выходом предусилителя, а выход — с входом

40 измерительного прибора.