Емкостный преобразователь перемещения

(7 1) Ленинградский ордена Ленинаполитехнический институтим. М.И, Калинина(54)(57) ЕМКОСТНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащий заземленныеемкостный двухэлектродный датчики опорный конденсатор, генераторимпульсов и управляемый генератороми пульсов первый переключатель,о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,с целью повышения точности перемещения, преобразователь снабженисточником постоянного опорного на-.пряжения, вторым переключателем,интегратором заряда с накопительным конденсатором и инвертирующимсумматором, первый вход которогосоединен с выходом интегратора,втрой вход соединен с источникомпостоянного опорного напряжения,а выход - через нормально замкнутый контакт первого переключателясоединен с опорным конденсатором,емкостный датчик через нормальнозамкнутый контакт второго переключателя соединен с выходом интегратора, а нормально разомкнутые контакты первого и второго переключателей подсоединены к входу интегратор40 55 Изобретение относится к измерительной технике и может бьггь использовано для измерения перемещенияобъектов,Цель изобретения - повышение 5точности измерений.На чертеже показана схема емкостного преобразователя перемещений.Емкостный преобразователь перемещений содержит емкостный датчик 1 1 Ос двумя электродами 2 и 3, из которых электрод 3, связываемый впроцессе измерений с контролируе"мым объектом (не указан), заземлен,Экранирующий электрод 4 связан с 15электродом 2 через повторитель 5 напряжения. Опорный конденсатор 6 имеет один заземленный электрод. Емкостный преобразователь перемещенийсодержит также источник 7 постоянно" 20го опорного напряжения, инвертирующнй сумматор 8, первый переключатель 9 и второй переключатель 10,генератор 11 импульсов, управляющийработой переключателей 9 и 10, и 25интегратор 12 заряда, включающийоперационныдд усилитель 13 и накопительный конденсатор 14. Незаземленный электрод опорного коддденсатора6 соединен с нормально замкнутым Э 0контактом переключателя 9, электрод2 емкостпого датчика 1 соединен снормально замкнутым контактом переключателя 10. Нормально разомкнутыеконтакты переключателей 9 и 10соединены с входом интегратора 12,выход которого соединен с первымвходом инвертирующего сумматора 8.Второй вход инвертирующего сумматора 8 соединен с источником 7постоянного опорного напряжения.Емкостный преобразователь перемещений работает следующим образом,Переддещеддие контролируемогообъекта приводит к изменению зазора между электродами 2 и 3 емкостнаго датчика 1. Реальное значениеэлектрической емкости емкостногодатчика 1 может быть представленов следующем виде 50 ЯбС = - ФСйргде Б - площадь перекрьггия электродов 2 и 3,с. - диэлектрическая проницаемость среды между электродами 2 и 3,8 - зазор между электродами2 и 3;Ся - паразитная емкость, обусловленная неполнотой экранирования электродов 2 и3 экранирующим электродом4, емкостью монтажа и не исключенным краевым эффек-том.Поскольку Сдд не зависит от значения измеряемого перемещения, онаприводит к нелинейности функции преобразования измерительного преобразователя.Конденсатор, образованный электродами 2 и 3, при положении контактов переключателей 9 и 10, указанном на чертеже, заряжается дозначения выходного напряжения интегратора 12 заряда. Опорный конденсатор 6 при этом заряжается дозначения выходного напряжения сумматора 8. При подключении по сигналу генератора 11 импульсов емкост"ного датчика 1 и опорного конденсатора 6 к входу интегратора 12 заряда, напряжение на них становитсяравным напряжению на входе интегратора 12 заряда, которое вследствиебольшого коэффициента усиления операционного усилителя 13 близкс кнулю. При этом заряд с датчика 1и опорного конденсатора 6 передается в накопительный конденсатор 14,изменяя соответствующим образомвыходное напряжение интегратора 12заряда. При последующих переключениях переключателей 9 и 10 напряжение на выходе интегратора 12 зарядастремится к значению, при которомзаряды, накапливаемые в датчике 1и опорном конденсаторе 6, будут,равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Противоположность знаков зарядов обеспечивается инвертнрующим включением операционного усилителя 13. Таким образом, установившийся режим работыпреобразователя описывается уравнением, следующим из равенства зарядов на датчике 1 и конденсаторе 61 Вьхгде Н , - выходное напряжениепреобразователя;0 - выходное напряжениесумматора 8;Со - емкость опорного конденсатора 6,+с с,Если значе рать таким влияние Сэ ку преобра ние коэффициента К, выбчто СаК, С,. то на выходную характеристиователя будет исключено Составитель Л. ГуськовРедактор Н. Пушненкова Техред Л.Инкеш Корректор В. Гирняк Заказ 6533/4 Тираж 650 Подписное НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 35, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5ал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная,4 3 С учетом зависимости выходного напряжения инвертирующего сумматора 8 от коэффициентов преобразования его по первому и второму входамГде Ки К - коэффициенты преобра эования; Ц - значение опорного 6 напряжения, 1186938 4и выходное напряжение преобразователя будет линейно связано с измеряемвщ перемещением,Таким образом, введение сигналаобратной связи с выхода преобразователя через инвертирующий сумматор 8позволяет исключить погрешность,обусловленную параэитной емкостью,и повысить точность измерений за1 О счет повышения линейности выходнойхарактеристики. Кроме того, введение интегратора 12 заряда и второгопереключателя, который вместе с.первым переключателем управляется ге 1 .нератором 11 имнульсов, позволяетполучить на выходе преобразователяпостоянное напряжение, что исключает необходимость в выпрямлении вы"ходного напряжения, приводящего в33 аналогичных устройствах к снижениюточности.