Датчик изменения емкости

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик рц 924620(22) Заявлено 0 щ)780 (21) 2953873/18-21 151 М. Кл. з с присоединением заявки М 6 01 В 27/26 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий. 11 (088. 8) Дата опубликования описания 300482 1Л. Г. Гулы яева1.- Киевский ордена Ленина политехническийинститут. им. 50-летия Великой Октябрьской социаяиаажюеадойреволюции( 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 13.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 обкла" док управляемого конденсатора (23.Недостатком известного устройства является зависимость выходной величины от параметров источника питания,а также от внешних условий, что непозволяет получить достаточную точность и стабильность устройства.Цель изобретения - увеличениечувствительности и стабильности датчика.Поставленная цель достигается тем,что в датчике изменения емкости, содержащем генератор, резонирующийэлемент в виде пьезоэлектрическоготрансформатора, управляемый конденсатор и регистрирующий прибор, пьезоэлектрический трансформатор выполненв виде кольца с воздушным промежуткомс 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 выходнойсекциях пьезоэлектрического трансформатора выполнена перпендикулярно кэлектродам.Электроды входной секции пьезоэлектрического трансформатора расположены на цилиндрических поверхностях ЗО кольца.Пьезоэлектрический трансФорматорвыполнен в виде биморфа, в которомодноименные секции каждой из составляюцих биморфа поляризованынавстречу друг дрязгу,На чертеже приведена структурная 5схема датчика,Датчик состоит из пьезоэлектрического трансформатора 1 в виде кольца с воздушным промежутком (разрезом).Электроды 2 и 3 входной секции пьезоэлектрического трансформатора подключены к генератору 4, а электроды 5 и б выходных секций пьезоэлектрического трансформатора являются вто же время электродами электрическо го дифференциального конденсатора С,управляемого заземленным электродом,а также дифференциальный усилитель 8.Пунктирными стрелками показанынаправления поляризации пьезоэлектрического трансформатора. Сплошнымистрелками указано возможное направление перемещения заземленной обкладки конденсатора.Датчик работает следуюцим образом,Электрическое напряжение генератора 4 подается на пьезоэлектрический трансформатор 1 с частотой, равной резонансной частоте собственныхмеханических колебаний пьезоэлектрического трансформ.атора 1. Последний работает на резонансной частоте.При изменении положения заземленногоэлектрода электрического дифференциального конденсатора С емкость, под- З 5ключенная к одной выходной секции,уменьшается на величину, соответствующую перемещению заземленного электрода; в то же время на такую же величину увеличивается емкость, подклю ченная к другой выходной секции пьезоэлектрического трансформатора. Приизменении емкости нагрузки каждойиз входньх секций коэффициент трансформации изменяется и, если сигнал 45на входе пьезоэлектрического трансформатора не изменяется,. выходноенапряжение изменяется в линейной области пропорционально емкости С.на выходе дифференциального усилителя 8 вырабатывается сигнал рассогласования, не зависящий от составасреды и от наличия влаги в емкостномдатчике, а также от изменений параметров генератора 4, так как для обеихемкостей, подключенных к выходнымсекциям трансформатора, диэлектрическая постоянная меняется одинаково.Для датчика только погрешность, связанная с влиянием среды и влажности,составляет 0,01, что меньше погрешности уже известных устройств в 1,5раза.Преимуцеством датчика являетсяго простота, возможность получать на выходе пьезоэлектрических трансформаторов сигнал до сотни всльт врежиме холостого хода (при незначительном напряжении на входе трансформатора), что ведет к увеличению сигнала рассогласования и, следовательно, чувствительности датчика. Датчиктакже дает возможность получать сигнал, независимый от нестабильностиисточника питания и самого пьезоэлектрического трансформатора,Таким образом, датчик на пьезоэлектрическом трансформаторе являетсяемкостным 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 изобретения1. Датчик изменения емкости, ссдержащий генератор, резонирующий элемент в виде пьезоэлектрического трансформатора, управляемый конденсатори регистрирующий прибор, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и стабильности датчика, пьезоэлектрическийтрансфооматор выполнен в виде кольца с воздушным промежутком с однойвходной секцией и двумя идентичными выходными секциями, электроды наторцах которых образуют электрический дифференциальный конденсатор,управляемый поступательным перемецением заземленного электрода, находящегося между электродами электрическогодифференциального конденсатора, аполяризация во входной и выходнойсекциях пьезоэлектрического трансформатора выполнена перпендикулярнок электродам,2. Датчик по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что электроды входной секции пьезоэлектрического трансформатора расположены на цилиндри-.ческих поверхностях кольца.3, Датчик по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что пьезоэлектрический трансформатор выполнен в видебиморфа, в котором одноименные секции каждой из составляющих биморфаполяризованы навстречу друг другуИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 348953, кл. С 01 В 27/26, 1970,2. Авторское свидетельство СССРР 796773, кл. С 01 В 27/26, 1979.924 б 20Составитель Л.СотниковаРедактор В.Петраш Техред Ж. КастелевичКорректор Н. ЫвыдкаяЗаказ 2809/б 2 Тираж 719 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4