Устройство для преобразования механических величин в электрические

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено Об0181 (21) 3233281/18-10 ($$ j М. Кд.з

С 01 Р 15/12 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1509,82. Бюллетень, ¹ 34 ($3j УДК 531 76ь (088. 8) \

Дата опубликования описания1509Я2 (72) Автор изобретения

) (II

;)1

В.Ф. Федоров (7! ) Заявитель (54) VCTPOACTBO ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧИН В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Изобретение относится к электроизмернтельной технике и может быть использовано в устройствах регулирования и контроля в качестве пре" образователя различных механических величин в электрические.

Известен электролитический управляемый дифференциальный конденсатор, в котором электрическая емкость образована столбиком ртути, находящейся в электроизоляционном капнллярном корпусе и металлическими пленками, нанесенными на наружную поверхность корпуса fl) .

Столбики ртути разделены зазором электролита. Ползи прохождении тока через зазор электролита мениски ртутных столбиков перемещаются, что приводит к изменению величины емкости, Недостатком этого управляемого конденсатора является сложная аппа:ратурная реализация преобразования изменяющейся емкости в выходной сиг» иал, удобный для дальнейщего применения s системах регулирования и контроля.

Наиболее близким к предлагаемому является электрокапиллярный датчик механических воздействий, который представляет собой капиллярный сосуд, заполненный ртутью и электролитом. В торцах сосуда имеется свободная газовая полость, обеспечивающая перемещение жидкого рабочего тела (ртуть и электролит) по длине капилляра. Датчик имеет два вывода, один,из которых гальванически связан с ртутью, другой - с электро лнтом. Под воздействием ускорения на выводах датчика возникает разность потенциалов, пропорциональная величине ускорения (2).

Указанный датчик не обеспечивает измерения медленно, изменяющихся ускорений, менее О,l Гц. Кроме того, . поскольку, выходной величиной является, разность потенциалов, а внутреннее сопротивление датчика значительно, то вход измерительного устройстэа доЛжеи быть высокосмнввт, что снижает электрическую помехозащищенность всего устройства.

Целью изобретения является расширение.частотно диапазона и увеличение помехоэащищенности устройства.

-Поставленная цель достигаетоя тем, что в устройстве для преобраэо вання механических величин в элект958980 рические, содержащем герметичный капиллярный сосуд из непроводящего материала, заполненный электропроводным жидким рабочим телом с газовьии объемами в торцах, и электрод, установленный в корпусе сосуда и контактирующий с жидким рабочим те-, (лом, оба торца сосуда выполнены в виде МДП"структур, затворами которых является жидкое рабочее тело.

Такое выполнение устройства позволяет применить МДП-структуру с изменяющейся площадью затвора, что уменьшает внутреннее сопротивление устройства и обеспечивает возможность измерять медленно изменяющиеся воздействия, в том числе и постоянные воздействия.

На . фиг.l представлен датчик угловых ускорений„ продольный разрез; на фиг.2 — дифференциальная схема включения датчика в измерительный блок .

Датчик состоит из герметичного торроидального капиллярного сосуда

1, выполненного из непроводящего материала, заполненного проводящей жидкостью — рабочим телом 2. В отверстие боковой поверхности сосуда

1 установлен электрод 3, имеющий гальванический. контакт с рабочим телом и залитый герметиком 4. В торцах сосуда 1 имеется свободная газовая полость 5. Торцы соеуда выполнены иэ полупроводниковой пластины 6, изолированной от рабочего тела,2 непроводящим слоем. 7. Полупроводниковая пластина. 6 и электрОд 3 снабжены выводами для подключения к измери. тельному блоку.

Под воздействием ускорения рабочее тело перемещается по сосуду 1 в направлении, противоположном направлению вращения сосуда (указано стрелкой) . При этом происходит упругое сжатие газа в полости 5 и увеличение площади контакта мениска. рабочего тела с полупроводниковой пластиной 6 через изоляционный слой

7, На противоположном торце происходит обратное явлеииЕ - УменьшЕние площади контакта мениска рабочего тела. Таким образом, рабочее тело

2, полупроводниковая пластина 6 и изоляционный слой 7 образуют две

МДП-структуры с переменной площадью затвора — транзисторы Ч1 и V2, которые включаются в дифференциальную .схему измерительного блока (фиг.2) °

На затворе транзисторов Vl и V2 поддерживается постоянный запирающий потенциал делителя, выполненнога на резисторах Rl и R2. Токи стока транзисторов, а следовательно, и потенциалы истоков зависят от величины объемного заряда, который при постоянном потенциале на затворе обратно пропорционален емкости, образованной затвором - рабочим телом 2, изоляционным слоем 7 и полупроводниковой пластиной 6. Таким образом, 5 под воздействием ускорения изменяется площадь затвора, а следовательно, изменяется и потенциал истоков, что и является выходным сигналом датчика.

Зависимость выходного напряжения от ускорения находится экспериментально.

На основе описанного датчика угловых ускорений можно построить дат- . чики для различных механических воздействий. Так при.выполнении сосуда в виде прямолинейного цилиндра можно построить датчик линейных ускорений. Изменяя объем и давление рабочего тела внутри капилляра за счет внешних воздействий можно построить датчики давления перемещения и т.д..

Применение датчиков для преобразования механических величин в электрические с использованием МДП структуры с изменяющейся площадью затвора обеспечивает регистрацию механических величин в частотном диапазоне от нуля до нескольких кГц,что позволяет производить одновременные замеры в различных частот» ных диапазонах с одним датчиком, а также более точно фиксировать форму инфранизкочастотных воздействий. Бла, годаря низкоомности выходного элект35 рического сигнала датчиков они могут использоваться при значительном уровне электрических помех.

Формула изобретения

40 устройство для преобразования механических величин в электрические, содержащее герметичный капил4» лярный сосуд из непроводящего материала, заполненный электропроводным жидким рабочим телом с газовыми объемами в торцах, и электрод, установленный в сосуде и контактирующий с жидким рабочим телом, о т л и5О ч а ю:щ в е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и увеличения помехозащищенности устройства, в нем оба торца сосуда выполнены в виде МДП-структур, затво55 рами которых является жидкое рабо.чее тело.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

60 В 362649, кл. Н 01 6 4/04, 25.05.70, 2. Трейер B.Â. Электрохимические приборы. М., Советское радио™, 1978, с. 46, рис. 23а (прототип) .

958980 .

Составитель Е. Баринов

Редактор Л. Авраменко Техред Л,Пекарь Корректор А. Ференц

Заказ 7008/61 Тирам 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открнтяй

113035, Москва, й-35, Раушскав Иаб., Д. 4/5

Филиая IIIIII патент1, r. Укгород, ул. Проектная, 4