Емкостный датчик усилий

 

Сущность изобретения: датчик содержит взаимно перемещающиеся электроды, образующие электрический конденсатор, источник переменного напряжения и источник электродвижущей силы с последовательно подключенным к нему резистором, которые параллельно соединены с конденсатором. К выходу датчика может быть подключен блок выделения симметричного сигнала. Кроме того, между источником электродвижущей силы и резистором может быть включен фильтр низких частот, являющийся выводом сигнала управления. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостным датчикам усилий, перемещений, веса и может быть использовано в производственных и транспортных автоматах для контроля веса грузов, измерения перемещений и т.д. в условиях воздействия ударно-вибрационных помех.

Анализ известных конструкций емкостных датчиков показывает, что они являются простыми и широко распространенными элементами автоматики, обладающими хорошей чувствительностью. Однако, при измерении веса или перемещения в условиях воздействия ударно-вибрационных помех при автоматическом съеме информации высокая чувствительность емкостных датчиков приводит к ошибкам измерения, так как вибрации и удары вызывают значительные паразитные перемещения электродов.

Наиболее близким по сущности и достигаемому результату является емкостный датчик усилий, содержащий размещенный в корпусе и включенный в цепь переменного тока конденсатор, выполненный в виде электродов и упругого элемента, и силовводящий элемент. Этому устройству присущи те же недостатки.

Целью изобретения является увеличение точности измерения постоянных величин (веса, перемещения), емкостными датчиками в условиях воздействия ударно-вибрационных помех.

Цель достигается тем, что в емкостный датчик усилий, содержащий размещенный в корпусе и включенный в цепь переменного тока конденсатор, выполненный в виде электродов и упругого элемента, а также силовводящий элемент, введены источник электродвижущей силы и резистор, подключенные параллельно электродам конденсатора, при этом электроды механически соединены через упругий элемент. Один из электродов закреплен на корпусе, а другой связан с силовводящим элементом.

Цель достигается также тем, что в емкостный датчик введен блок выделения симметричного сигнала, подключенный к выходу датчика.

Кроме того, цель достигается тем, что в емкостный датчик введен фильтр низких частот, вход которого включен между источником электродвижущей силы и резистором, а выход является выводом сигнала управления.

На фиг. 1 показан емкостный датчик с источником ЭДС и резистором; на фиг. 2 то же, с блоком выделения симметричного сигнала; на фиг. 3 то же, без блока выделения симметричного сигнала, но с фильтром низких частот; на фиг. 4 пример выполнения блока выделения симметричного сигнала.

Устройство содержит конденсатор С, электроды которого могут изменять свое положение относительно друг друга и механически связаны между собой через мембрану М. Один из электродов расположен на механическом элементе, на который воздействует нагрузка Р, а другой закреплен на корпусе. Электроды одновременно включены в цепь переменного тока и параллельно в цепь источника ЭДС (Е). В сеть источника ЭДС (Е) включен резистор R.

В устройство дополнительно введен блок выделения симметричного сигнала, включенный на выходе датчика (фиг. 2). В устройство (фиг. 3) введен также фильтр нижних частот, выход которого является выводом сигнала управления.

Работа устройства заключается в следующем. Сила, приложенная к подвижному электроду датчика, уравновешивается упругим элементом, и при отсутствии ударов и вибраций зазор между электродами остается постоянным в течение времени измерения. Переменная составляющая тока от источника ЭДС при этом равна нулю и не оказывает влияния на измерения. Если во время съема измерительной информации возникнут относительные колебания электродов, вызванные ударами или вибрациями, то наличие источника ЭДС вызовет дополнительные электрические импульсы и характер сигнала на выходе датчика изменится. Факт изменения характера сигнала может быть использован для отключения измерительной цепи на время вибраций или на компенсацию погрешности измерения. В устройстве (фиг. 2) к выходу датчика подключен блок выделения симметричного сигнала. Такое устройство можно применять при амплитудных измерениях. Блок выделения симметричного сигнала на выходе датчика автоматически пропускает сигнал только при отсутствии переменной составляющей от источника ЭДС.

Устройство (фиг. 3) может использоваться как при амплитудных, так и при частотных измерениях. В этом случае сигнал управления устройством измерения снимается с фильтра нижних частот, т. е. высокочастотный информационный сигнал снимается с одного выхода, а сигнал управления с другого. Эти два выхода могут быть подключены к двухпозиционному ключу, выход которого при этом является одним из выходов датчика.

Блок выделения симметричного сигнала может быть выполнен по схеме, представленной на фиг. 4. В зависимости от оконечного блока вычисления, подключаемого к выходам датчика, предложенные схемы выполнения емкостного датчика позволяют измерять постоянные величины силы, веса, перемещения в условиях работы производственных и транспортных автоматов, исключая влияние паразитных смещений электродов на точность измерения.

Формула изобретения

1. Емкостный датчик усилий, содержащий размещенный в корпусе и включенный в цепь переменного тока конденсатор, выполненный в виде электродов и упругого элемента, а также силовводящий элемент, отличающийся тем, что в него введены источник электродвижущей силы и резистор, подключенные параллельно электродам конденсатора, при этом электроды механически соединены через упругий элемент, один из электродов закреплен на корпусе, а другой связан с силовводящим элементом.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в него введен блок выделения симметричного сигнала, подключенный к выходу датчика.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в него введен фильтр низких частот, выход которого включен между источником электродвижущей силы и резистором, а выход является выводом сигнала управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4