Емкостно-электронный преобразователь перемещения в напряжение

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Л 010 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТЮЫТИЙ ПИСАНИЕ И Н АВТОИНОМУ СВИДЕТЕЛ(56) 1. Авторское свидетельство ССС9 756315, кл. 6 01 Я 27/26, 1980,2 Авторское свидетельство СССР(54)(57) ЕМКОСТНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБ"РАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В НАПРЯ-.ЖЕНИЕ, содержащий электронный ключ,вход которого подключен к выходугенератора импульсов, первую и вторую диодно-резисторные цепи, анодыдиодов которых подключенык выходуэлектронного ключа, катоды соединены черезрезисторы соответственно с входами первого и второго Фильтров низ-.ких частот, двухэлектродный емкостный датчик, потенциальный электродкоторого подключен к точке соединения катода диода и резистора первой диодно-резисторной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров низких частот, второй сумматор, прямой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, инверсный вход подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен с выходной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа, о т л и,ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок обратно Пропорционального преобразования сигнала и делитель напряжения,причем вход блока обратно пропорци- Е онального преобразования сигнала подключен к выходу второго сумматора выход соединен с входом делителя напряжения, к выходу которого подключен дополнительный инверсный входффс первого сумматора, а потенциальный электрод емкостного датчика выполнен шарообразным35 Указанная цель достигается тем, что в емкостно-электронный преобра зователь перемещения в напряжение, содержащий электронный ключ, вход .оторого подключен к выходу генератора импуль"оз, первую и вторую днодно-резисторные цепи, аноды диИзобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям перемещения в напря"жение с помощью двухэлектродныхемкостных датчиков с изменяемой величиной зазора.. Известно устройство для измеренияперемещений, содержащее электронный ключ, вход которого подключенк выходу генератора импульсов, дведиодно-резисторные цепи, аноды диодов подключены к выходу электронного ключа, катоды через резисторысоединены с входами измерительногоприбора, двухзлектродный,емкостныйдатчик и конденсатор сравНения, 15подключенные к точкам соединениякатодов диодов и резисторов диодно-резисторных цепей Измеритель"ный прибор показывает разно"ть то,ков разряда, пропорциональную разности емкостей датчика и конденсатора сравнения 1 1,Недостаток известного устройства .нелинейная зависимость выходного параметра от перемещения, 25Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является,устройство для преобразования перемещения в напряжение, содержащееэлектронный ключ, вход которогоподключен к выходу генератора импульсов, первую и вторую диоднорезисторные цепи, аноды диодов которых подключены к выходу электронного ключа, катоды соединены через резисторы соответственно свходами первого и второго фильттров низких частот, двухэлектродныйемкостный датчик, потенциальныйэлектрод которого подключен к точке соединения катода диода и резистора первой диодно-резисторнойцепи, первый сумматор, прямой иинверсный входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго фильтров низких частот, второй сумматор, прямой входкоторого подключен к источнику опорного напряжения., инверсный входпбдключен к выходу первого сумматора,а выход соединен с введенной выходной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа 12 .Недостатком данного устройстваявляется низкая тйчность измерения,обусловленная влиянием непараллельности пластин емкостного датчика.Цель изобретения - повышение точности измерения. одов которых подключены к выходу электронного ключа, катоды.соединены через резисторы соэтветственно с входами первого и второго фильтров низких частот, двухэлектродный емкостный датчик, потенциальный электрод которого подключен к точке соединения катода диода и резистора первой диодно-реэисторной цепи, первый сумматор, прямой и инверсный входы которого аодключены соответственно к выходам первого и второго фильтров низких частот, второй сумматор, прямой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, инверсный вход подключен к выходу первогосумматора, а выход соединен с выходной шиной, являющейся шиной питания электронного ключа, введены блэк обратно пропорционального преобразования сигнала и делитель напряжения, причем вход блока обратнопропорционального преобразования сигнала подключен к выходу.второго сумматора, вькод соединен с входом делителя напряжения, к выходу которого подключен дэполнительный инверсный вход первого. сумматора, а потенциальный электрод емкоэтнэго датчика выполнен шарообразнымНа чертеже приведена блок-схема емкостно-электронного преобразователя перемещения в напряжение" Емкостно-электронный преобразователь содержит генератор 1 .импульсов, выход которого соединен с входом электронного ключа 2, первую диодно-резисторную цепь, образованную диодом 3 и резистором 4, и втоРую диодно-резисторную цепь, обра" зованную диодом 5 и резистором бПотенциальный электрод 7 емкостнО- го датчика шарообразной формы подключен к точке соединения катода диода 3 и резистора 4 первой диод" но-резисторной цепиВходы первого 8 и второго 9 фильтров низких частот подключены к соответствующим свободным выводам резисторов 4 и б, а вькоды соединены соответственно с прямым и инверсным входами первого сумматора 10, Прямой вход второго сумматора 11 подключен к источнику опорного напряжения Оэинверсный вход подключен к выходу первого сумматора 10, а выход соединен с выходной шиной устройства, являющейся шинбй питания, электронного ключа 2, а также входом блока.12 обратно пропорционального преобразования сигнала. Выход блока 12 обратно пропорциональ ного преобразования сигнала соединен с входом делителя 13 напряжения, к выходу которого подключен инверсный вход первого сумматора 10,Заказ 10507/42 Тираж 643 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий.113035, Москва, Ж, Раушская набе д4/5 филйал ППП Патент, г, Ужгород, уп, Проектная, 4 Блок 12 обратнопропорциональногопреобраз ов ан и я си гнала может бытьвыполнен по ъ юбой известной схеме,наприМер, в виде последовательносоединенных логарифмирующего усилителя, схемы вычитания и антилога 5рифмирующего усилителя,Емкостно-электронный преобразователь .работает следующим образомПотенциальный электрод 7 емкостного датчика записывается прямоугольными импульсами с выхода электронного ключа 2, управляемого от генератора 1 импульсов, через первую диодно-резисторную цепь, состоящую . 15иэ диода 3 и резистора;4При этомв точке соединения диода 3 и резистора 4 формируются импульсы напряжения с длительностью спада, определяемой постоянной времени разрядной цепи емкостного датчика, ав точке соединения диода 5 и резисто-.ра б второй диодно-резисторной цепиформируются импульсы напряжения,близкие по форме к прямоугольным25На выходах фильтров 8 и 9 низкихчастот формируются напряжения, пропорциональные средним значениям этихимпульсных напряжений, На выходесумматора 10 формируется напряжение,определяемое напряжениями на еговходах, которое затем сравниваетсяс опорным напряжением Ор на второмсумматоре 11 . Выходное напряжениевторого сумматора 11 подается на шину питания электронного ключа 2,и по его величине судят о"текущемзначении перемещения,При отсутствии напряжения на выходе делителя 13 характеристикапреобразования дперемещение - вы ходное напряжением имеет нелинейный начальный участок характеристики, обусловленной зависимостью емкости системы электродов шарообразной формы и плоскости, выражаемой суммой ряда гиперболических функций. Изменением коэффициента передачи делителя 13 устанавливают напряжение на инверсном входе сумматора 10, равным оптимальному значению, при котором выходная характеристика преобразования близка к линейнойИзобретение позволяет повысить точность измерения за счет. инвариантности шарообразного электрода относительно плоскости заземленного ,электрода емкостного датчика. Введение новых элементов (блока обратно пропорционального преобразования сигнала и делителя напряжения) уменьшает нелинейность характеристики преобразования, Расчетным путем получено, что соответствующим выбором параметров блока обратно пропорционального преобразования сиг)чала и делителя напряжения можно получить погрешность нелинейности не более 0,5 в диапазоне перемещений ,0,1 - 1,0 Р (где Й - радиус шарооб,разного электрода), Экспериментально получен диапазон преобразования перемещения в напряжение 1-4 мм (при Я = 1-2 мм) и нелинейности характеристики преобразования 1-2, определяемой качеством настройки преобразователя. Предлагаемое устройство может найти применение при бесконтактном измерении перемещений и механических колебаний Различных объектов