Емкостный преобразователь перемещения

(19) 139608 04 С 01 К 27/26 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИД.:ТЕЛЬСТВУ ТОРСК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) Авторское свидетельство СССРР 1026081, кл, С 01 К 27/26, 1983(54) ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для преобразования перемещения в электрический сигнал с помощьюдифференциальных емкостных датчикови может быть использовано в различных системах автоматического управления, Цель изобретения - упрощениеструктурной схемы устройства и повышение точности измерения - достигается путем уменьшения погрешности преобразования. Устройство содержит генератор 1 импульсов формирующий двухполярные импульсы напряжения равнойамплитуды, дифференциальный емкостный датчик 6, фильтры 11 и 12 низкихчастот, сумматор 13, первый и второй дифференциальные оптроны, соответственно содержащие светоизлучатели14 и 17, фотоприемники 15 и 16 и 18и 19, диоды и резисторы, Преобразователь имеет высокую точность измерений и гальваническую развязку выходной цепи от остальной схемы и общейшины, что удобно для включения полумостовой выходной цепи в различныеавтоматические устройства управленияи регулирования. 1 ил,(2) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для преобразования перемещения в электрический сигнал с помощью дифференциальных емкостных дат 5чиков, и может быть использовано вразличных системах автоматическогоуправления,Целью изобретения является упрощение структурной схемы устройстваи повышение точности измерения путемуменьшения погрешности преобразования.На чертеже приведена схема преобразователя.Емкостный преобразователь перемещения содержит генератор 1 импуль.сов (формирующий двухполярные импульсы напряжения равной амплитуды), вто рой диод 2, первьй резистор 3, четвертый диод 4, второй резистор 5, дифференциальный емкостный датчик б-,перемещений, первый диод 7, третийрезистор 8, третий диод 9, четвертый 25резистор 1 О, первый 1 и второй 12фильтры низких частот, сумматор 13первый дифференциальный оптрон, содержащий светоизлучагель 14, Фотоприемники 15 и 16, второй дифференциальный оптрон, содержащий свето;излучатель 17, Фотоприемники 18 и19, выходную шину 20 преобраэова.теля,резисторы 21-24, шины 25-28 питания.Катод первого диода 7 соединен санодом второго диода 2, катод которого соединен с первой обкладкой дифФеренциального емкостного датчикаб перемещений и - через последовательно соединенные первый резистор3 и первый фильтр 11 низких частот -с неинвертирующим входом сумматора13, катод третьего диода 9 соединенс анодом четвертого диода 4, катодкоторого соединен с второй обкладкой дифференциального датчика б перемещений и - через второй резистор 5с вторым фильтром 12 низких частот,первьй фотоприемник 15 первого оптрона соединен с анодом первого диода 7 и катодом второго диода 2, фатоприемник 18 второго оптрона соединен с анодом третьего диода 9 и катодом четвертого диода 4, фотоприемник16 первого оптрона соединен с фото 55приемником 19 второго оптрона, иони зашунтированы резисторами 21 и22 соответсгвенно, соединены с соответствующими иияамн 25 и 26 питания, точка соединения фотоприемников, 16 и 19 оптронов соединена с выходной шиной 20. Светоизлучатель 14 первого оптрона соединен катодом с отрицательной шиной 28 питания, а анод через резистор 23 соединен с выходом сумматора 13, анод светоизлучателя 17 второго оптрона соединен с положительной шиной 27 питания, а катод через резистор 24 - с выходом сумматора 13, третий резистор 8 включен между входом первого фильтра 11 низких частот и анодом первого диода 7, четвертый резистор 10 включен между входом второго фильтра 12 низких частот и анодом третьего диода 9, выход второго фильтра 12 низких частот подключен к инвертирующему входу сумматора 13, средний электрод дифференциального емкостного датчика 6 пере - мещений подключен к общей шине 29 питания, выход генератора 1 импульсов соединен с катодами первого 7 и третьего 9 диодов.Емкостный преобразователь перемещения работает следующим образом.Крайние электроды дифференциального емкостного датчика 6 запитываются от генератора 1 импульсов через диоды 2 и 4 импульсами положительной полярности, длительность спада которых определяется постоянными времени перезаряда плеч дифференциального датчика б, При равенстве плеч мостовых схем, образованных резисторами 3,8 и 5, 10, достаточно высоких входных сопротивлениях фильтров 11 и 12 низких частот (зависящих, в свою очередь, от входных сопротивлений сумматора 13) и при условии, что длительность перезаряда плеч дифференциального датчика не менее чем в 5 раз превышает постоянные времени перезарядных цепей, напряжения на входах Фильтров 11 и 12 с достаточной точностью определяются выражениягде Ч - входное напряжениепервогоФильтра 11 низких частот;7 - амплитуда напряжения накрайних электродах дифФеренциального емкостного датчика б,- частота импульсов генератора 1;- сопротивления резисторов3,8,5,10;сопротивление фотоприемника 15;- входное напряжение второго фильтра 12 низких частот; 1 Осопротивление фотоприемника 18;- емкости плеч дифференциального датчика 6, ения (1) и (2) легко выво соотношений, приведенных в К,С, и С Выр аждятся из(1) . При достаточно большом коэффициенте усиления сумматора 13, выполненного на операционном усилителе, интенсивность свечения светоизлучателей 14 и 16 устанавливается таким, что разность напряжений Ч, и Ч близка к нулю, поэтому можно принять Ч, = Ч., и тогда из (1) и (2) следует 2 К Кгг 2 К.К 8 2 К+К,2 К+К,(3)30 При идентичности характеристик фотоприемников оптронов К г= 1 с К г К, = 1 сК и выборе К гг= 2 К/1 с.,К=2 КВ (где К , К- сопротивления фотоприемников 16 и 19 соответственно; Кг,и К- сопротивления ре 22,зиоторов 21 и 22 соответственно;и 1 с г - коэффициенты пропорциональности), а также учитывая, что 40 ЕБ ЕЯ хс 1-х 55(4) 1 с Кг 1 К г 1 сг К л Кг,х К+Кс 1-х К +К Из выражения (4) следует где с. - диэлектрическая проницаемость;45Я - площадь электродов емкостного датчика;х - расстояние между средним иодним из крайних электродовдатчика,с 1 - суммарное расстояние между50средним и крайними электродами датчика,соотношение (3) приводится к видуПредлагаемый емкостный преобразователь перемещения имеет более высокую точность измерения по сравнению с прототипом благодаря уменьшению погрешности преобразования, а также более высокую надежность благодаря упрощению структурной схемы.Гальваническая развязка выходной цепи от остальной схемы преобразователя и общей шины удобна для включения полумостовой выходной цепи в различные автоматические устройства управления и регулирования. Формула изобретения Емкостный преобразователь перемещения, содержащий генератор импульсов, четыре диода, причем катод первого диода соединен с анодом второго диода катод которого соединен с первой обкладкой дифференциального емкостного датчика перемещений и через последовательно соединенные первый резистор и первый фильтр низкой частоты - с неинвертирующим входом сумматора, катод третьего диода соединен с анодом четвертого диода, катод которого соединен с второй обкладкой дифференциального емкостного датчика перемещений и через второй резистор - с вторым фильтром низких частот, также содержит третий, четвертый, пятый и шестой резисторы, выходную клемму, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности в него введены первый и второй дифференциальные оптроны, причем первый фотоприемник первого оптрона соединен с анодом первого и катодом второго диодов, а первый фотоприемник второго оптрона соединен с анодом третьего и катодом чет - и К КЖл+ггПри 1 с,/1 с г = 1 выходное напряжение,определяемое соотношением плеч полу-мостовой схемы К и К линейно1 гФзависит от перемещения среднего электрода датчика, Отличие 1 с, от 1 с г,на 102вносит нелинейность преобразованияменее 27,Заказ 2492/47 Тираж 772 Подписное ЯНИИПИ Государственного комитета СССР по,пелам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. 11 росктая, 4 вертого диодов, вторые фотоприемникиоптронон соединены последовательнодРуг с другом и каждый из них шунтирован соответствующим резистором исоединен с соответствующими шинами питания, точка соединения вторых фотоприемников оптронов соединена с выхОдной клеммой, светоизлучатели оптронов через соответствующие резисто ры соединены с выходом сумматора,анод светоизлучателя нторого оптронф соединен с положительной шиной питания, а катод первого - с отрицательной шиной питания, средний электрод дифференциального емкостного дат"чика перемещений соединен с общей шинои, третий и четвертый резисторывелючены между входом первого фильтра низкой частоты и анодом первогодиода и между входом второго фильтранизкой частоты и анодом третьего диода, выход второго фильтра низкойчастоты соединен с инвертирующим входом сумматора, выход генератора импульсов соединен с катодами первогои третьего диодов.