Емкостной измерительный преобразователь
Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного измерительного преобразователя для контроля расстояния до электропроводной поверхности за счет компенсации влияния вибраций на показания преобразователя. Преобразователь содержит электропроводный корпус, в котором на диэлектрической прокладке закреплен измерительный электрод, размещаемый в процессе измерений параллельно контролируемой электропроводной поверхности В корпусе, на упругом подвесе установлен эталонный электрод. При вибрации корпуса относительно поверхности суммарная емкость между измерительным электродом, эталонным электродом и контролируемой поверхностью остается неизменной а потому вибрации не оказывают влияния на показания преобразователя. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (s»s G 01 В 7/14
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Qw
Qo
О ф
М (21) 4749221/28 (22) 16.10,89 (46) 15.10.92. Бюл. ¹ 38 (71) Казанский научно-исследовательский технологический институт вычислительной техники (72) В,П.Ананьев (56) Левшина Е.С. и Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин, Л.:
Знергоатомиздат, 1983, с. 148.
Патент Ф РГ ¹ 2137545. кл. G 01 В 7/14, 1981. (54) ЕМКОСТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного измерительного преИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля расстояний, зазоров, биений, вибраций электропроводных объектов без механического контакта с ними как в составе контрольно-измерительной аппаратуры, так и самостоятельно. В частности, может быть использовано для измерения торцовых биений вращающихся дисков.
Известен емкостный измерительный преобразователь, содержащий измерител ьную схему с заземленной пластиной, измерительные электроды, Однако этот преобразователь неудобен в эксплуатации ввиду необходимости использования при измерениях двух измерительных электродов, емкости которых относительно контролируемой пластины должны изменяться встречно, т,е. при увеличении одной другая должна уменьшаться
„„5U„„1768942 А1 образователя для контроля расстояния до электропроводной поверхности за счет компенсации влияния вибраций на показания преобразователя. Преобразователь содержит электропроводный корпус, в котором на диэлектрической прокладке закреплен измерительный электрод, размещаемый в процессе измерений параллельно контролируемой электропроводной поверхности.
В корпусе, на упругом подвесе установлен эталонный электрод. При вибрации корпуса относительно поверхности суммарная емкость между измерительным электродом, эталонным электродом и контролируемой поверхностью остается неизменной. а потому вибрации не оказывают влияния на показания преобразователя, 1 ил, и наоборот, что делает невозможным измерение расстояний до объекта, доступ к которому имеется только с одной стороны. Кроме того, на результаты измерений влияют механические помехи места крепления корпуса преобразователя. которые, изменяя емкости измерительных электродов, накладываются на полезный сигнал, несущий vнформацию о расстоянии до контролируемой поверхности.
Известен также емкостный измерительный преобразователь для определения расстояния до контролируемой электроп роводной поверхности. содержащий электропроводный корпус, закрепленный в стенке корпуса с обеспечением электрической изоляции от него измерительный электрод, установленный с зазором относительно него эталонный электрод и присоединенный между измерительным
1768942
55 электродом и корпусом измерительный блок. В условиях воздействия механических помехтипа вибраций вточке крепления корпуса преобразователя, происходят паразитные изменения емкости измерительного электрода по закону помехи, которые накладываются на полезный сигнал, при этом емкость эталонного электрода остается неизменной. Воздействие механических помех повышает нижний предел измерения и не позволяет получить абсолютную погрешность измерения ниже, чем амплитуда помех, что приводит к низкой точности измерений в условиях воздействия механических помех, Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения зазоров, вибраций, биений, перемещений путем компенсации влияния вибраций и других механических воздействий, действующих в месте крепления преобразователя к внешнему держателю.
Поставленная цель достигается тем. что емкостной измерительный преобразователь для контроля расстояния до электропроводной поверхности, содержащий электропроводный корпус, закрепленный в стенке корпуса с обеспечением электрической изоляции от него измерительный электрод, установленный с зазором относительно него эталонный электрод и присоединенный между измерительным электродом и корпусом измерительный блок, снабжен упругим подвесом, на котором установлен эталонный электрод, а последний электрически связан с корпусом, На чертеже изображена принципиальная схема емкостного измерительного преобразователя для контроля расстояния до электропроводной повеохности.
Емкостный измерительный преобразователь содержит корпус 1, установленный с возможностью электрической связи в процессе контроля с электропроводной поверхностью 2, жестко закрепленный в стенке корпуса измерительный электрод 3, установленный на диэлектрической прокладке 4 и подключенный к измерительному блоку 5.
Корпус 1 оснащен упругим подвесом 6, на котором вблизи измерительного электрода
3 установлен эталонный электрод 7, электрически подсоединенный к корпусу 1. Эталонный электрод 7 расположен над измерительным электродом 3 с зазором, равным номинальному расстоянию от измерительного электрода 3 до контролируемой электропроводной поверхности 2, В качестве упругого подвеса 6 могут применяться, например, резиновые диафрагмы, плоские, спиральные и цилиндрические пружины.
В отсутствии воздействия возмущающих механических колебаний емкость измерительного электрода 3 относительно эталонного электрода 7 является постоянной, и выходной сигнал измерительного блока 5 пропорционален величине емкости измерительного электрода 3 относительно контролируемой электроп роводной поверхности 2 и, соответственно, величине расстояния между ними. При этом между измерительным электродом 3 и эталонным электродом 7 образуется дополнительная электрическая емкость, равная измерительной емкости и подключенная к ней параллельно. Равенства емкостей обеспечивает постоянство суммы емкостей измерительного электрода 3 относительно контролируемой электропроводной поверхности 2 и относительно эталонного электрода 7 при перемещении измерительного электрода 3 под во действием механических помех.
Пр; воздействии возмущающих механическ х колебаний на емкостной измерительный преобразователь, например, закрепленный на внешнем держателе корпусом 1. в направлении нормальном к контролируемой электропроводной поверхности 2, происходит „åðåäà÷.à ьозмущающих механических .<алебаний через корпус 1 на измерительный электрод 3. Механическая связь корпуса 1 и эталонного электрода 7 через упругий подвес 6 обеспечивает пе„едачу возмущающих механических колебаний эталонному электроду 7. который имеет степень годвижности относитег:ьно измерительного электрода 3. При воздействии возмущающих Måõàêè Iåñêèõ:;çïебаний на корпус 1, например, в месте крепления его к внешнему держателю, в направгении нормальном к контролируемой электропроводной поверхности 2, корпус 1 будет совершать вынужденные колебания в том же направлении.
Собственная частота меха При воздействии механических колебаний с широким спектром в качестве Vi может быть принята частота, наиболее влияющая на точность измерений. 1768942 При выполнении соотношения (1), при воздействии механических возмущающих колебаний на корпус 1 преобразователя он вместе с измерительным электродом 3 будет совершать вынужденные колебания в том же направлении, что и помеха, а эталонный электрод 7 будет колебаться в противофазе относительно измерительного электрода 3, При этом зазоры между измерительным электродом 3 и эталонным электродом 7, а также между измерительным электродом 3 и контролируемой электропроводной поверхностью 2 будут синхронно изменяться в противоположных направлениях пропорционально амплитуде возмущающих механических колебаний. При увеличении зазора между измерительным электродом 3 и эталонным электродом 7 будет уменьшаться зазор между измерительным электродом 3 и контролируемой электропроводной поверхностью 2 и наоборот. При этом сумма емкостей остается неизменной. Измерительный блок 5 формирует сигнал, пропорциональный сумме емкостей измерительного электрода 3 относительно электрода 7 и измерительного электрода 3 относительно контролируемой электропроводной поверхности 2. При разм щении эталонного электрода 7, электрически соединенного с контролируемой электропроводной поверхностью 2, над измерительным электродом 3 с зазором, равным номинальному расстоянию измерительного электрода 3 до контролируемой электропроводной поверхности 2, образуется дополнительная электрическая емкость, равная измерительной емкости и подключенная к ней параллельно. Выходное напряжение емкостного измерительного преобразователя Овых в отсутствии механических помех определяется выражением: и. =Кх(С,-С), (2) где С1 — емкость измерительного электрода 3 относительно эталонного электрода 7; Cz — емкость измерительного электрода 3 относительно контролируемой электропроводной поверхности 2; К вЂ” постоянный коэффициент. Допустим, что от воздействия механических колебаний на емкостной измерительный преобразователь, например, закрепленный на внешнем держателе корпусом 1, в направлении, нормальном к контролируемой электропроводной поверхности 2 с круговой частотой, превышающей частоту собственного механического резонанса эталонного электрода 7, установленного на упругом подвесе 6, например, более чем в два раза, емкость Cz увеличилась на С, при этом емкость С1 уменьшается на ту же величину, так как в этом случае емкости изменяются в противофазе. Передача возмущающих механических колебаний происходит через корпус 1 измерительному электроду 3, который вместе с корпусом 1 совершает вынужденные колебания в том же направлении и с той же амплитудой, что и помеха, и через упругий подвес 6 — эталонному электроду 7, имеющему степень подвижности относительно измерительного электрода 3, который движется в противофазе относительно измерительного электрода 3. Зазоры между измерительным электродом 3 и контролируемой электропроводной поверхностью 2, а также между измерительным электродом 3 и эталонным электродом 7 будут синхронно изменяться в противоположных направлениях пропорционально амплитуде возмущающих механических колебаний, при этом емкость С1 также изменяется в противофазе с емкостью Cz, Выходное напряжение, при воздействии механических колебаний живых, будет иметь вид; Бвых = К х (С1 dC + С2 + dC) (3) Из выражений (2) и (3) следует, что Оеых = живых, Т Е. ОСТаЕТСЯ РаВНЫМ ТОМ j. КОТО рое было в отсутствии механических помех. При уменьшении С2 íà d С выходное напряжение также остается неизменным. Таким образом, механическая помеха не влияет на выходное напряжение, следовательно, и на информацию об измеряемой физической величине (измеряемом расстоянии до кОнтрОлируемой поверхности). Следовательно, выходной измерительный сигнал окажется нечувствительным к возмущающим корпус емкостного измерительного преобразователя механическим помехам. Формула изобретения Емкостной измерительный преобразователь для контроля расстояния до электропроводной поверхности, содержащий электропроводный корпус. закрепленный в стенке корпуса с Обеспечением электрической изоляции от него измерительный электрод. установленный с зазором относительно него эталонный электрод и присоединенный между измерительным электродом и корпусом измерительный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем компенсации влияния вибраций, он снабжен упругим подвесом, на котором установлен эталонный электрод, а последний электрически связан с корпусом. 1768942 2/Х Составитель Л,Хабибуллина Редактор T.Ôåëüäìàí Техред М,Моргентал Корректор M.Êåðåöìàí Заказ 3637 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
