Датчик изменения емкости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<Ц924620 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 080780 (21) 2953873/18-21 (51) М.Кл з с присоединением заявки М

G R 27/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300482.Бюллетень ¹16

1531 УДК 621. 319. . 11 (088. 8) Дата опубликования описания 300482

5

Л. Г. Гулы яева 1

1-Киевский ордена Ленина политехнический инстйтутим. 50-летия Великой Октябрьской социаяиаж«чещ;ой" революции (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ИЗМЕНЕНИЯ ЕМКОСТИ

Изобретение относится к автомати ке, преобразовательной и вычислительной технике и может быть исПользовано в составе следящих систем пере-: менного тока, в устройствах ввода- вывода данных, в резонансных схемах для электрического измерения неэлектрических величин, в цифраторах перемещений и т.д.

Известен емкостный датчик, содержащий два электрода и экран, электроды подсоединены к первичной обмотке трансформатора, вторичная понижающая обмотка которого подключена к измерительной цепи, причем трансформатор размещен внутри экрана (1).

Недостатком известного устройства являются низкая стабильность и точность преобразования.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик изменения емкости, содержащий генератор, регистрирующий прибор, резонирующий элемент, выпалненный в виде пьезоэлектрического трансформатора сдвига, выходная секция которого является одной из обкладок управляемого конденсатора (21.

Недостатком известного устройства является зависимость выходной величины от параметров источника питания, а также от внешних условий, что не позволяет получить достаточную точность и стабильность устройства.

Цель изобретения - увеличение чувствительности и стабильности датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике изменения емкости, содержащем генератор, резонирующий элемент в виде пьезоэлектрического трансформатора, управляемый конденсатор и регистрирующий прибор, пьезоэлектрический трансформатор выполнен в виде кольца с воздушным промежутком с одной входной секцией н двумя идентичными выходными секциями, электроды на торцах которых образуют электрический дифференциальный конденсатор, управляемый поступательным перемещением заземленного электрода, находящегося между электродами электрического дифференциального конденсатора, а поляризация во,входной и выходной секциях пьезоэлектрического трансформатора выполнена перпендикулярно к электродам.

Электроды входной секции пьезоэлектрического трансформатора расположены на цилиндрических поверхностях

ЗО кольца.

924б20

Пьезоэлектрический трансформатор выполнен в виде биморфа, в котором одноименные секции каждой из составляюцих биморфа поляризованы навстречу друг дрязгу.

На чертеже приведена структурная схема датчика.

Датчик состоит из пьезоэлектрического трансформатора 1 в виде кольца с воздушным промежутком (разрезом).

Электроды 2 и 3 входной секции пье- 10 зоэлектрического трансформатора подключены к генератору 4, а электроды 5 и б выходных секций пьезоэлектрического трансформатора являются в то же время электродами электрическо-15 го дифференциального конденсатора С, управляемого заземленным электродом, а также дифференциальный усилитель 8.

Пунктирными стрелками показаны направления, поляризации пьезоэлектрического трансформатора. Сплошными стрелками указано возможное направление перемещения заземленной обкладки конденсатора.

Датчик работает следуюцим образом.

Электрическое напряжение генератора 4 подается на пьезоэлектрический трансформатор 1 с частотой, рав— ной резонансной частоте собственных механических колебаний пьезоэлектрического трансформ.атора 1. Последний работает на резонансной частоте.

При изменении положения заземленного электрода электрического дифференциального конденсатора С емкость, под- 5 ключенная к одной выходной секции, уменьшается на величину, соответствующую перемещению заземленного электрода; в то же время на такую же величину увеличивается емкость, подклю-40 ченная к другой выходной секции пьезоэлектрического трансформатора. При изменении емкости нагрузки каждой из входньх секций коэффициент трансформации изменяется и, если сигнал на входе пьезоэлектрического трансформатора не изменяется, выходное напряжение изменяется в линейной области пропорционально емкости С„. на выходе дифференциального усили- 50 теля 8 вырабатывается сигнал рассогласования, не зависящий от состава среды и от наличия влаги в емкостном датчике, а также от изменений параметров генератора 4, так как для обеих емкостей, подключенных к выходным секциям трансформатора, диэлектрическая постоянная меняешься одинаково.

Для датчика только погрешность, связанная с влиянием среды и влажности, составляет 0,014, что меньше погрешности уже известных устройств в 1,5 раза.

Преимуцеством датчика является го простота, возможность получат> на выходе пьезоэлектрических трансформаторов сигнал до сотни всльт в режиме холостого хода (при незначительном напряжении на входе трансформатора), что ведет к увеличению сигнала рассогласования и, следовательно, чувствительности датчика. Датчик также дает возможность получать сигнал, независимый от нестабильности источника питания и самого пьезоэлектрического трансформатора.

Таким образом, датчик на пьезоэлектрическом трансформаторе является емкостным дифференциальным датчиком.

К достоинствам предлагаемого датчика относится малое потребление энергии, простота изготовления (прессование или литье заготовок пьезокерамики), дешевизна пьезокерамики, стабильность и высокая точность, что позволяет применить емкостный пьезоэлектрический датчик в приборах, в которых допускается погрешность сотыетысячные доли процента.

Формула изобретения

1. Датчик изменения емкости, ссдержащий генератор, резонирующий элемент в виде пьезоэлектрического тран— сформатора, управляемый конденсатор и регистрирующий прибор, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и стабильности датчика, пьезоэлектрический трансфооматор выполнен в виде кольца с воздушным промежутком с одной входной секцией и двумя идентичными выходными секциями, электроды на торцах которых образуют электрический дифференциальный конденсатор, управляемый поступательным перемецением заземленного электрода, находящегося между электродами электрического дифференциального конденсатора, а поляризация во входной и выходной секциях пьезоэлектрического трансформатора выполнена перпендикулярно к электродам.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что электроды входной секции пьезоэлектрического тран— сформатора расположены на цилиндри-. ческих поверхностях кольца.

3. Датчик по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что пьезоэлектрический трансформатор выполнен в виде биморфа, в котором одноименные секции каждой из составляющих биморфа поляризованы чавстречу друг другу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 348953, кл. G 01 R 27/26, 1970.

2. Авторское свидетельство ССС

9 796773, K . G 01 R 27/2б, 1979.

924б20

Составитель Л.Сотникова

Редактор В.Петраш Техред Ж. Кастелевич

Корректор Н . ЫвыДка Я

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Заказ 2809/б2 Тираж 729 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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