Емкостно-электронный преобразователь перемещения

Я ТВ 12 17(088,8)ельство СССР27/26, 1983ьство СССР7/ООэ 1985. ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям линейных перемещений с помощьюдвухэлектродных емкостных преобразователей. Цель изобретения состоит вповышении точности и расширении функциональных возможностей за счет преобразования перемещения в период.Преобразователь перемещения содержитгенератор импульсов, первый и второйключи, управляющие входы которых подкЛючены к соответствующим выходам раразнополярным выходам генератора импульсов, первую диодно-резисторнуюцепь, анод диода которой подключенк вьходу первого ключа, вторую диодно-резисторную цепь, катод диода которой подключен к выходу второгоключа, емкостный первичный преобразователь, подключенный,к точке соединения катода и резистора первой диодно-резисторной цепи, конденсатор,подключенный к точке соединения анода диода и резистора второй диоднорезисторной цепи, фильтр низких частот, к выходу которого подключены резисторы первой и второй диоднорезисторных цепей, сумматор, первыйвход которого подключен к выходуфильтра низких частот, и инверсныйкаскад с разделенной нагрузкой, выход положительной полярности которого соединен с входом первого ключа, а выход отрицательной полярности соединен с входом второго ключа,интегратор, вход которого подключенк выходу сумматора, выход соединенс входом инверсного каскада с разделенной нагрузкой, и делителемнапряжения, входы которого подключены к выходу сумматора и источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом сумматора.Наличие интегратора и делителя всхеме преобразователя и соответствующих связей между ними позволяетскомпенсировать погрешность, создаваемую изменениями температуры,влажности и давления окружающей среды, если первичный емкостный преобразователь и конденсатор интегрирующей цепи находятся в одинаковых усло"виях, а также компенсирует температурный дрейф усилительных элементовсхемы. Полученный на выходе емкостно-электронного преобразователяпериод следования импульсов пропорци.онален измерительному перемещению иможет быть преобразован любым известным методом в цифровой код, удоб.ный для цифрового отсчета, последующей обработки информации и автоматизации процессов контроля и измерения. 1 ил.1 12Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям линейных перемещений с помощьюдвухэлЕктродных емкостных первичныхпреобразователей, и мажет быть нсполь.эонано для автоматизации процессовконтроля и измерения перемещений,Целью изобретения является повышение точности и расширение Функциональных воэможностей эа счет преобразования перемещечия н период,На чертеже приведена блок-схемаемкостнс-электронногс преобразователя перемещения.Преобразователь содержит генератор 1, на выходах которого Формируются иктульсы напряжения противоположного знака, первый и второй ключи 2и 3 соответственно, управляющие входы которых подключены к противофаэнымвыходам генератора 1 импульсов, первую диодно-резисторную цепь в видспоследовательно соединенных диода 4и резистора 5, вторую диодно-резис, торную цепь в виде последовательносоединенных диода б и резистора 7,емкостный первичный преобразователь8, подключенный к точке соединениякатода диода 4 и резистора 5, конденсатор 9, подключенный к точкесоединения анода диода 6 и резистора 7, фильтр 10 низких частот, квходу которого подключены резисторы5 и 7 диодно-реэисторных цепей, сумматор 11, первый инверсный вход которого подключен к выходу фильтра 10низких частот, делитель 12 напряжения выход которого соединен с вторым входом сумматора 11, входы подключены к источнику опорного напряжения Ч и к выходу сумматора 11через ограничивающую цепь, включающую стабилитрон 13, интегратор 1 ч синтегрирующим конденсатором 15, входкоторого подключен к выходу сумма"тора 11, инверсный каскад 16 с разделенной нагрузкой, выход положитель"ной полярности которого соединен сшиной питания первого ключа 2, выходотрицательной полярности " с шинойпитания второго ключа 3, Выходнаяшина устройства подключена к выходусумматора 11,Емкостно-электронный преобразователь перемещения работает следующимобразом,При включении источника питания;,на выходе сумматора 11 за счет поло 21483 2жительной обратной связи, создаваемой делителем 12 напряжения, под действием опорного напряжения 7, устанавливается напряжение положительной полярности. Интегратор 14 интегрирует входное напряжение Е, - напряжение стабилизации стабилитрона13. При этом на выходах инверсного каскада 1 б с разделенной нагрузкой формируются линейно возрастающиенапряжения положительной и отрицательной полярности, равные пс величине,Еа входы ключей 2 и 3 поступаютраэнополярные управляющие импульсынапряжения с выходов генератора 1 импульсов, и на выходах ключей 2 и 3формируются состнетственно импульсынапряжения положительной и отрицательной полярности. Емкостный первичный преобразователь 8 запитынаетсяположительными импульсами с выходапервого ключа 2, При этом в точкесоединения диода ч и резистора 5 Формируются положительные импульсы напряжения с длительностью спада, определяемой постоянной времени цепи разряда емкостного первичного преобразователя 8, и с возрастающей во времени амплитудой, определяемой линейновозрастающим напряжением положительной полярности на шине питания ключа 2. В точке соединения диода 6 ирезистора 7 Формируются отрицательные импульсы напряжения с длительностью спада, определяемой постоянной времени цепи разряда конденсатора 9, и с возрастающей во времениамплитудой, определяемой линейно возрастающим напряжением отрицательнойполярности на шине питания ключа 3.При равенстве сопротивления нагрузоки питающих напряжений инверсного каскада 16 с разделенной нагрузкой,идентичности параметров диодно-резисторных цепей ч оптимальной емкостиконденсатора 9, компенсирующего постоянную паразитную составляющую емкости первичного преобразователя 8,напряжение на выходе фильтра 10 низких частот пропорционально среднемузначению суммы импульсных напряженийна емкостном первичном преобразователе 8 и конденсаторе 9.Ы Переключение сумматора 11 происходит в момент равенства линейно возрастающего выходного напряжения Фильтра 10 низких частот на первом483 4ся в одинаковых условиях, то период следования выходных импульсов определяется выражением К Я Т = Кв х,Г й, ЯВ приведенном выражении период следования выходных импульсов линейно зависит от перемещения и не зависит от диэлектрической проницаемости среды. В то же время входной дрейф напряжения усилителя интегратора 14 не вносит погрешности в результат преобразования, поскольку вызывает одинаковые по величине, но разные по знаку приращения длительности импульса и паузы, период же следования выходных импульсов остается неизменным для текущего значения перемещения. 35 Полученный на выходе емкостноэлектронного преобразователя периодследования импульсов может быть преобразован любым известным методом вцифровой код, удобный на отсчете,последующей обработки информации иавтоматизации процессов контроля иизмерения, Формула изобретения Емкостно-электронный преобразова тель перемещения, содержащий генератор импульсов, первый и второй ключи, управлаацие входы которых подклю- чены к соответствующим разнополярным выходам генератора импульсов, первую 55 диодно-резисторную цепь, анод диодакоторый подключен к выходу первого ключа, вторую диодно-резисторную цепь, катод диода которой подключен,3 1221входе сумматора 11 и выходного напряжения делителя 12 напряжения на второмвходе сумматора, Прн этом на выходе.сумматора 11 устанавливается напряжениеотрицательной полярности, котороеинтегрируется интегратором 14. Навыходах инверсного каскада 16 с раз- где Кделенной нагрузкой формируются ли"нейно убывающие напряжения положительной и отрицательной полярности.Соответственно на выходе фильтра 10низких частот формируется линейноубывающее напряжение положительной Кполярности, Функционально связанноес параметрами емкостного первичного преобразователя. В момент равенства линейно убывающего выходного на 15пряжения фильтра 10 низких частот ивыходного напряжения делителя 12 на- Гпряжения происходит переключениесумматора 11 и на его выходе вновь Яустанавливается напряжение положительной полярности, после чего описанный процесс повторяется. Длительность импульса и паузы формируемогоимпульсного напряжения на выходесумматора 11 определяется моментами переключения сумматора 11, прикоторых напряжение на выходе фильтра10 низких частот, равно пороговым30налряжениям Ч и Ч, соответствующим сумме напряжения, пропорционального опорному Ч , и напряжения, пропорционального напряжению стабилитрона Ео, и разности напряжений, пропорциональных величинам Ч, и Е,В процессе Формирования импульсавыходное напряжение фильтра 10 низкихчастот возрастет от уровня напряжения Ч до уровня напряжения Ч а впроцессе Формирования паузы выходное напряжение фильтра 10 низких частот убывает от уровня напряжения Ч,до уровня напряжения Ч, при этом величина выходного напряжения Фильтра10 соответственно пропорциональна с 45одинаковым по величине длительностиимпульса 1 и и длительности паузы Си обратно пропорциональна измеряемому перемещению К, определяемому величиной зазора между пластинами емкостного первичного преобразователя8.Период Т следования выходных импульсов преобразователя равен сумме1 и й и также пропорционален измеряемому перемещению Х.Если первичный емкостный преобразователь 8 и конденсатор 15 находят -. коэффициент пропорциональности определяемым конкретнопараметрами элементов дели-,теля, Фильтра низких частот,элементами ключей и диоднорезисторных цепей;сопротивление интегрирующейцепи интегратора 14;площадь пластин конденсатора 15 интегрирующей цепи;расстояние между пластинамиконденсатора 15;частота импульсов генератора 1;площадь электродов первичного преобразователя.1221483 Составите Техред В.К актор М.Келемеш Подписное Заказ 1602 46 Тираж 670 НИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Патент" город, ул,Проектна илиал к выходу второго ключа, емкостныйпервичный преобразователь, подключенный к точке соединения катода ирезистора первой диодно-резисторнойцепи, конденсатор, подключенный кточке соединения анода диода и резис.тора второй диодно-резисторной цепи,фильтр низких частот и инверсныйкаскад с разделенной нагрузкой, выход положительной полярности которого соединен с входом первого ключа,а выход отрицательной полярностисоединен с входом второго ключа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет преобразования перемещения в период, он снабжен интегратором, вход которого подключен к выходу сумматора, выход соединен с входом инверсного каскада с разделенной на- О грузкой, и делителем напряжения, входы которого подключены к выходу сумматора и источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом сумматора. В,Мамонтовар Корректор М.Демч