Емкостной преобразователь перемещений

 

О П И С А Н И Е >750265

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6 ) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 16.05,78 (2!) 2615861/25-28 (5!)М. Кл. с присоединением заявки №

G 01 В 7/08

ГооудоротоонныИ комитет (23) Приоритет но делам нзооретеиий и отнрмтнй

Опубликовано 23.07.80. Бюллетень ¹ 27

Дата опубликования описания 25.07.80 (53) УДК531.71 (088.8) (72) Автор изобретения

С, A. Попов

Куйбышевский филиал Всесоюзного института по проектированию организации энергетического строительства Оргэнергострой" (7!) Заявитель (54) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ!

Изобретение oT íîñèòñÿ к области изме= рительной техники и может быть использовано в приборах и информационно-измериTBJIbHbIx системах для высокоточных измерений линейных перемешений.

Известны емкостные преобразователи перемещений, выполненные в виде плоскопараллельных конденсаторов (1) .

Недостатками известных преобразователей перемещений являются большие погрешности измерений, вызываемые вариато цией внешних условий временным дрейфом характеристик преобразователя и неидентичностью отдельных емкостных преобразователей, а также погрешность нелиней15 ности.

Наиболее близким по технической сутцности к изобретению является емкостной преобразователь перемешений (2J, содержащий, соединяемый одним плечом с из20 меряемым объектом рычаг, параллельно расположенные подвижный и неподвижный электроды, выполненные в виде двух разделенных диэлектрической прокладкой иден2 тичных пластин, которые у неподвижного электрода смещены одна относительно другой на известное расстояние, а у подвижного электрода - расположены в одной плоскости и соединены с другим плечом рычага.

Однако при кусочно-линейной аппроксимации сушественно нелинейной функции преобразования (ФП) отрезки аппроксимирукоцихся прямых становятся очень малы, что приводит к возрастанию погрешности известного преобразователя.

1!ель изобретения — повышение точности измерений.

Это достигается тем, что преобразователь снабжен дополнительным подвижным электродом, расположенным симметрично основному подвижному электроду относи-. тельно неподвижного и связанным с присоединяемым к объекту плечом рычага, каждый из электродов снабжен дополнительной пластиной, отделенной от основных пластин диэлектрической прокладкой и расположенной перпендикулярно основным 5 С(1+ О(2 Х + О(g Х 4 О 4 Х

x — измеряемое перемещение; у — выходной сигнал устройства в виде частоты переменного тока или импульсов напряжения;

Q -04- параметры ФП устройства, явля1 ющиеся случайными функциями времени и внешних условий.

Нестабильность параметров а1 — О4 и величина коэффициентов ОЭ . GI4, определяющих нелинейность системыр BBJIstIoTGH

55

71ластинам с одной стороны относительно вер тикально и оси преобр азов ат еля, дополнительная пластина расположена в одной плоскости с основными пластинами у подвижных электродов и в плоскости, смещен5 ной в направлении рабочего перемещения симметричнб плоскости основных пластину неподвижного электрода, дополнительные пластины идентичны одна другой и основным пластинам электродов.

На чертеже представлена структурная схема емкостного преобразователя перемещений.

Преобразователь выполнен в виде па-раллельно расположенных двух подвижных

1, 2 и одного неподвижного 3 электрода, каждый из которых состоит из трех идентичных пластин 4-12, разделенных друг от друга диэлектрическими прокладками 1315, имеющих одинаковые поперечные габариты и расположенных на одной вертикали. Причем у подвижных электродов 1 и

2 пластины 4-6 и 10-12, соответственно, лежат в одной плоскости, а у неподвижноГо электрода 3 пластины 7-9 смещены Относительно друг друга на известную величину д Х эт / Z . При этом геометрические оси симметрии пластин 5, 8 и 11 составляют с соответствующими осями пластин

4, 6; 7, 9; 10, 12 прямой уГол.

Начальные расстояния между подвижными электродами 1, 2 и, соответственно, пластинами 7 и 9 неподвижного электрода одинаковы. Подвижный электрод 1 соединен с одним из плеч рычага 16, имеющим коэффициент передачи К-l, другое плечо которого взаимодействует с измеряемым объектом. Подвижный электрод 2 непосредственно взаимодействует с измеряемым объ ек том.

Принцип действия описываемого преобразователя основан на том, что его ФП перемещения в электрический сигнал может быть достаточно точно в широком диапазоне изменения измеряемой величины Х 45 представлена в виде

5. 4 источниками погрешности измерения меще ний.

Для исключения влияния нестаби7 -.ти указанных параметров . и их значе :"--", на точность измерения, к измерител- . ::,- . схеме устройства В любой последова -.: 7=ности подключаются пары пластин 4 и

5и8,6и9,10и7,11и8,12::..

В результате шести тактов преобразова-ний получают следующую систему уравнений, связывающих выходной сигнал устройства с соответствующей измеряемой величиной тестов ах» хо+К+ ) хоФХ4-х X + кх

ЛХ эт

Х + К+,хФххэт о и исследуемого параметра Х: =а а (х„ }+oh(xo+X) 4a<(xone x}, ЛХэ. / ДХэт 2

"2 >)+Op(Xp+X4ЬХэт) Д (Х 4Х ЬХэт) +

+а4(х iх+ьх,„), Цуа,4ОZ(X 4-KX)4а (Х,+ Х) 4а4(Х4КХ), ц4-а1 а2 xc«<+ )+а х 4-кх4 — +

2 ) (2 ) ДХ эт

+94 хо+кХ4-—

Ь = S Z("O X+ Х Эт)+С (Х,+КХЛХ„)+

4(о эт) откуда получают

9o+95 М2" ЧЗ "эт

Х— О+ 24 g g -2У1-2У4 g, (К- i)

Как видно из этого выражения, результат измерения не зависит от параметров

ФП устройства. Таким образом исключается влияние параметров а> и а4, определякнцих нелинейность ФП устройства на величину суммарной погрешности, а также на выбор тестообразующих величиндх и К.

Точность измерения перемещения с помощью предложенного устройства определяется только стабильностью известной величины д х, т,коэффициента К передачи и идентичностью пластин электродов.

Формула изобретения

Емкостной преобразователь перемещений, содержащий соединяемый одним плечом с измеряемым объектом рычаг, парал5 7 502 лельно расположенные подвижный и неподвижный электроды, выполненные в виде двух разделенных диэлектрической прокладкой идентичных пластин, которые у неподвижного электрода смещены одна относительно другой на известное расстояние, а у подвижного электрода - расположены в одной плоскости и соединены с другим плечом рычага, отличающийся тем, что, с целью повышения точности из- 10 мерений, преобразователь снабжен дополнительным подвижным электродом, расположенным симметрично основному подвижному электроду относительно неподвижного и связанным с присоединяемым к объ- 1S екту плечом рычага, каждый из электродов снабжен дополнительной пластиной, отделенной от основных пластин диэлектрической прокладкой и расположенной пер ен65 6 дикулярно основным пластинам с одной стороны относительно вертикальной оси преобразователя, дополнительная пластина расположена в одной плоскости с основными пластинами у подвижных электродов и в плоскости, смещенной в направлении рабочего перемещения симметрично плоскости основных пласты — у неподвижного электрода, дополнительные пластины идентичны одна другой и основным пластинам электродов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Туричин А. М. и др. Электрические измерения неэлектрических величин, "Энергия", М., 1975, с. 294, 2. Авторское свидетельство СССР

М 488979, кл. G- 01 В 7/08, от 15.01.74 (прототип).