Емкостный преобразователь перемещения

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для преобразования перемещения в электрический сигнал с помощью дифференциальных емкостных датчиков и может быть использовано в различных системах автоматического управления . Цель изобретения - упрощение структурной схемы устройства и повышение точности измерения - достигается путем уменьшения погрешности преобразования . Устройство содержит генератор 1 импульсов формирующий двухполярные импульсы напряжения равной амплитуды, дифференциальный емкостньй датчик 6, фильтры 11 и 12 низких частот, сумматор 13, первый и второй дифференциальные оптроны, соответственно содержащие светоизлучатели 14 и 17, фотоприемники 15 и 16 и 18 и 19, диоды и резисторы. Преобразователь имеет высокую точность измерений и гальваническую развязку выходной цепи от остальной схемы и общей шины, что удобно для включения поЛу . мостовой выходной цепи в различные автоматические устройства управления и регулирования. 1 илi о (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5D 4 G 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4121208/24-21 (22) 17.09,86 (46) 15,05.88, Бюл. Ф 18 (75) M.М.Сиразетдинов (53) 621.317.33(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1026081, кл. G 01 R 27/26, 1983. (54) EMKOCTHbIA ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для преобразования перемещения в электрический сигнал с помощью дифференциальных емкостных датчиков и может быть использовано в различных системах автоматического управления. Цель изобретения — упрощение структурной схемы устройства и повы„„SU„„1396087 А1 шение точности измерения — достигается путем уменьшения погрешности преобразования. Устройство содержит генератор 1 импульсов формирующий двухполярные импульсы напряжения равной амплитуды, дифференциальный емкостный датчик 6, фильтры 11 и 12 низких частот, сумматор 13, первый и второй дифференциальные оптроны, соответственно содержащие светоизлучатели

14 и 17, фотоприемники 15 и 16 и 18 и 19, диоды и резисторы. Преобразователь имеет высокую точность измерений и гальваническую развязку выходной цепи от остальной схемы и общей шины, что удобно для включения полу . Я мостовой выходной цепи в различные автоматические устройства управления и регулирования. 1 ил.

С:

1396087

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для преобразования перемещения в электрический сигнал с помощью дифференциальных емкостных дат5 чиков, и может быть использовано в различных системах автоматического управления, Целью изобретения является упрощение структурной схемы устройства и повышение точности измерения путем, уменьшения погрешности преобразования.

На чертеже приведена схема преобразователя.

Емкостный преобразователь перемещения содержит генератор 1 импуль.сов (формирующий двухполярные импульсы напряжения равной амплитуды), вто-20 рой диод 2, первьй резистор 3, четвертый диод 4, второй резистор 5, дифференциальный емкостный датчик 6-, перемещений, первый диод 7, третий резистор 8, третий диод 9, четвертый 25 резистор 10, первый II и второй 12 фильтры низких частот, сумматор 13 первый дифференциапьный оптрон, со держащий светоизлучагелт 14, фотоприемники 15 и 16, второй дифференциальный оптрон, содержащий свето;излучатель 17, фотоприемники 18 и

19, выходную шину 20 преобразователя, резисторы 21-24, шины 25-28 питания.

Катод первого диода 7 соединен с анодом второго диода 2, катод которого соединен с первой обкладкой дифференциального емкостного датчика

6 перемещений и — через последовательно соединенные первый резистор

3 и первый фильтр 11 низких частот— с неинвертирующим входом сумматора

13, катод третьего диода 9 соединея с анодом четвертого диода 4, катод которого соединен с второй обклад- 45 кой дифференциального датчика б перемещений и — через второй резистор 5 с вторым фильтром 12 низких частот, первьй фотоприемник 15 первого оптрона соединен с анодом первого диода 7 и катодом второго диода 2, фатоприемник 18 второго оптрона соединен с анодом третьего диода 9 и катодом четвертого диода 4, фотоприемник

16 первого оптрона соединен с фото55 приемником 19 второго оптрона, и они зашунтированы резисторами 21 и

22 соответсгвенно, соединены с «0» ответствующими шинами 25 и 26 питами:

2R.R

V = 7 f-- — -- С

2R+R, U = V f-— --— - -" - С1, 2R.R

2R+R 1 (2) где V — входное напряжениепервого

1 фильтра 11 низких частот;

V — амплитуда напряжения на крайних электродах дифференциального емкостного датчика 6, ния, точка соединения фотоприемников .

16 и 19 оптронов соединена с выходной шиной 20. Светоизлучатель 14 первого оптрона соединен катодом с отрицательной шиной 28 питания, а анод через резистор 23 соединен с выходом сумматора 13, анод светоизлучателя 17 второго оптрона соединен с положительной шиной 27 питания, а катод через резистор 24 — с выходом сумматора 13, третий резистор 8 включен между входом первого фильтра 11 низких частот и анодом первого диода 7, четвертый резистор 10 включен между входом второго фильтра 12 низких частот и анодом третьего диода 9; выход второго фильтра 12 низких частот подключен к инвертирующему входу сумматора 13, средний электрод дифференциального емкостного датчика 6 пере— мещений подключен к общей шине 29 питания, выход генератора 1 импульсов соединен с катодами первого 7 и третьего 9 диодов.

Емкостный преобразователь перемещения работает следующим образом.

Крайние электроды дифференциального емкостного,цатчика 6 запитываются от генератора 1 импульсов через диоды 2 и 4 импульсами положительной полярности, длительность спада которых определяется постоянными времени. перезаряда плеч дифференциального датчика б, При равенстве плеч мостовых схем, образованных резисторами

3,8 и 5,10, достаточно высоких входных сопротивлениях фильтров 11 и 12 низких частот (зависящих, в свою очередь, от входных сопротивлений сумматора 13) и при условии, что длительность перезаряда плеч дифференциального датчика не менее чем в

5 раз превышает постоянные времени перезарядных цепей, напряжения на входах фильтров 11 и 12 с достаточной точностью определяются выражения139608 7 — частота импульсов генератора 1; — сопротивления резисторов

3,8,5,10; сопротивление фотоприемника 15; — входное напряжение второго фильтра 12 низких частот; l0 сопротивление фотоприемника 18; — емкости плеч дифференциального датчика 6, ения (1) и (2) легко выво- 15 соотношений, приведенных в

R, С и С

Выраж дятся из (1) .

При достаточно большом коэффициенте усиления сумматора l3, выполнен-20 ного на операционном усилителе, интенсивность свечения светоизлучателей 14 и 16 устанавливается таким, что разность напряжений V u V2 близка к нулю, поэтому можно принять V, = V., и тогда из (1) и (2} следует

2R К1 2R-R1II — — — — с, = — — — ---с

2R+R,5 2К+К,» (3)

При идентичности характеристик фотоприемников оптронов R 7 k R г, » к, = k2R и выборе R 2,= 2R/k .,R22=

2R/k2 (где R „, R,„— сопротивления фотоприемников 16 и 19 соответственно; R«H R 2 — сопротивления ре22 ,зиоторов 21 и 22 соответственно; и k 2 — коэффициенты пропорциональности), а также учитывая, что

FS „ Е$ х d-x

55 (4) k1 К1 К 2(k2 R 1» Кгг.

11+ г, 12+ 22

Из выражения (4) следует где E — диэлектрическая проницаемость;45

S — площадь электродов емкостного датчика; х — расстояние между средним и одним из крайних электродов датчика, d — суммарное расстояние между

50 средним и крайними электродами датчика, соотношение (3) приводится к виду х

d-x

k ° R, 1 (5) 2

R1а-R 21 где R =R IIR

i8 2» R +К»

14 21

Предлагаемый емкостный преобразователь перемещения имеет более высокую точность измерения по сравнению с прототипом благодаря уменьшению погрешности преобразования, а также более высокую надежность благодаря упрощению структурной схемы.Гальваническая развязка выходной цепи от остальной схемы преобразователя и общей шины удобна для включения полумостовой выходной цепи в различные автоматические устройства управления и регулирования.

Формула изобретения

Емкостный преобразователь перемещения, содержащий генератор импульсов, четыре диода, причем катод первого диода соединен с анодом второго диода катод которого соединен с первой обкладкой дифференциального емкостного датчика перемещений и через последовательно соединенные первый резистор и первый фильтр низкой частоты— с неинвертирующим входом сумматора, катод третьего диода соединен с анодом четвертого диода, катод которого соединен с второй обкладкой дифференциального емкостного датчика перемещений и через второй резистор — с вторым фильтром низких частот, также содержит третий, четвертый, пятый и шестой резисторы, выходную клемму, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности в него введены первый и второй дифференциальные оптроны, причем первый фотоприемник первого оптрона соединен с анодом первого и катодом второго диодов, а первый фотоприемник второго оптрона соединен с анодом третьего и катодом четК2 — R1SIIR 22 — — — — — »

19 22

При k,/k 2 = 1 выходное напряжение, определяемое соотношением плеч полу- мостовой схемы R u R линейно

2» зависит от перемещения среднего электрода датчика, Отличие k от kг,,на 102 вносит нелинейность преобразования менее 27.

1396087

Со< тавитель A.Èãíàòîâ

Редактор А.Иаковская Техред М. Ходанич Корректор N.Иаксимишилеп

Заказ 2492/47 Тираж 772 Подписное

ЯНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. 11роскт ая, 4 вертого диодов, вторые фотоприемники оптронов соединены последовательно друг с другом и каждый из них шунтирован соответствующим резистором и соединен с соответствующими шинами питания, точка соединения вторых фотоприемников оптронов соединена с выхОдной клеммой, светоизлучатели оптронов через соответствующие резисто-10 ры соединены с выходом сумматора, анод светоизлучателя второго оптронф соединен с положительной шиной питания, а катод первого — с отрицательной шиной питания, средний электрод дифференциального емкостного датчика перемещений соединен с общей шинои, третий и четвертый резисторы велючены между входом первого фильтра низкой частоты и анодом первого диода и между входом второго фильтра низкой частоты и анодом третьего диода, выход второго фильтра низкой частоты соединен с инвертирующим входом сумматора, выход генератора импульсов соединен с катодами первого и третьего диодов.