Емкостный датчик перемещения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ti) 974098 () :=° г (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено09. 01. 79 (2! ) 2711718/25-28 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 1511.82. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 151182 (и}И.К .

G 01 В 7/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

153) УДК 621. 317.. 39: 531. 717 (08&.8) Г

Г.М. Лещинский, В.В. Рябов и В.Б. Красильников

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для изме- . рения линейных перемещений.

Известны емкостные датчики перемещений, содержащие неподвижные внешние и внутренний электроды и размеценный между ними подвижной экран.

При перемещении экрана относительно электродов датчика сигнал на выходе датчика изменяется пропорционально отношению величины перемещения экрана к его полному ходу за счет изменения площади перекрытия электродов датчика. Этот сигнал усиливается с помощью операционного усилителя, подключенного своими входами и выходом к электродам датчика 1 1 ).

Недостатком датчика является относительно небольшая чувствительность обусловленная незначительным изменением площади перекрытия внутреннего и одного из внешних электродов при единичном перемещении несекционированного экрана.

Более близким техническим решением к изобретению является емкостный датчик перемещения, содержащий неподвижные внешний и внутренний электроды и размещенный между ними, связываемый с контролируемым объектом в процессе измерения, секционированный экран, секции которого элек-. трически соединены между собой и заземпены.. В этом датчике внутренний токовый электрод выполняется секционированным со многими выводами.Выходной сигнал подается через комму1ð мутатор на обмотку трансформатора компаратора токов 1 2 ).

Конструкция датчика усложнена наличием многих выводов, применением сложной схемы обработки сигналов и увеличенным краевым эффектом вследствие того, что потенциал секций токового электрода значительно от,личается от нуля.

Цель изобретения — уменьшение краевого эффекта.

Поставленная цель достигается тем, что емкостный датчик снабжен вторым секционированным экраном, выполненным идентично первому и закрепленным через изолятор на внешней поверхности внутреннего электрода, который выполнен сплошным.

На фиг. 1 схематично представлено конструктивное выполнение датчика, на фиг. 2 — принципиальная элек-974098 трическая схема его включения и об-, работки сигналов датчика.

Емкостный датчик перемещений содержит неподвижные цилиндрические внешние электроды 1 и 2 с различной площадью поверхности и внутренний цилиндрический сплошной электрод 3, подключенные своими выводами А, В и

С к схеме обработки сигналов датчика, содержащей операционный усилитель

4. Между внешними и внутренним элек- 10 тродами размещены коаксиально с ними два секционированных 5 и 6, выполненные идентично. Подвижный экран

5, цилиндрические секции 7 которого электрически соединены между собой 15 перемычками 8 и заземлены, связывается в процессе измерений с контро лируемым объектом (не показан). Неподвижный экран 6 состоит из цилиндрических секций 9, соединенных элек- О трически перемычками 10 и отделенных изолятором 11, выполненным в виде изоляционных втулок, от поверхности внутреннего электрода 3, на котором экран 6 закреплен. 25

РабОта емкостного датчика основана на принципе измерения отношений плеч емкостного делителя на переменном токе. В датчике постоянный конденсатор образован наружным электродом 1 и внутренним электродом 3 и включен в цепь обратной связи операционного усилителя 4, а переменный конденсатор образован наружным электродом 2 и внутренним электродом 3 и подключен ко входу операционного усилите ля 4. Емкость переменного конденсатора определяется площадью взаимного перекрытия подвижного экрана 5 и неподвижного экрана 6 (их секций

7 и 97. 40

Отношение между постоянной и переменной емкостями конденсаторов датчика измеряется в схеме (фиг. 2), обеспечивающей получение результатов измерения в электрических вели- 45 чинах. Так как оба ко. .денсатора находятся в одинаковых условиях вблизи один от другого, влияние дестабилизирующих факторов температуры влажности, загрязнений незначительно.

Изменение емкости между поверхностью внутреннего электрода 3, незакрытой неподвижным экраном 6, и поверхностью наружного электрода 2 происходит при перемещении подвижно« го экрана 5 за счет взаимного перекрытия равных по размерам секций

7 и 9 этих экранов. В результате этого величина сигнала, пропорционального перемещению и поступающего на операционный усилитель 4, равна единичному сигналу, соответствующему перекрытию одной пары секций 7 и

9 экранов 5 и 6, умноженному на количество секций, за вычетом емкостей, образованных между перемычками 8 и

10 и внешними электродами 1 и 2 датчика (эти величина незначительная и тем меньше, чем меньше площади перемычек 8 и 10р.

Таким образом, на вход операционного усилителя подается увеличенный емкостной сигнал, который почти в м раз больше (И - количество секций), чем единичнЫй сигнал. В результате чувствительность датчика при малых перемещениях практически в и раз выше.

Повышение чувствительности датчика при малых перемещениях ведет к повышению точности измерений различных физических величин, где требуется измерение малых перемещений. Подключение датчика к операционному усилителю уменьшает краевой эффект, поскольку потенциалы внутреннего электрода и экранов одинаковы и близки к нулю. Конструкция датчика технологична и удобна для использования совместно с операционными усилителями.

Формула изобретения

Емкостный датчик перемещения, содержащий неподвижные внешний и внутренний электроды и размещенный ме>;.-.у ними, связываемый с контролируемым объектом в процессе измерения секционированный экран, секции которого электрически соединены между собой и заземлены, отличающийся тем, что, с целью уменьшения краевого эффекта, он снабжен вторым секционированным экраном, выполненным идентично первому и закрепленным через изолятор на внешней поверхности внутреннего электрода, который выполнен сплошным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Емкостный датчик фирмы "Automatiс 5ismem Laboratories". Проспект

"Британская промышленность и техника."

Октябрь-декабрь 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

rro заявке 9 2339174/28, кл. 6 01 В 7/00, 1976 (прототип).

974098

Фиг.

Sum ux

I

Составитель С. Скрыпник

Редактор T. Парфенова Техред К.Мыцьо Корректор У. Пономаренко

Заказ 86 74/5 3 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открмтий

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

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