Емкостной преобразователь перемещений

(23) Приоритет но делом нзооретеиий и отнрцтнй(72) Автор изобретения С, А. Попов Куйбышевский филиал Всесоюзного института по проектированиюорганизации энергетического строительства Орг энергостройф(54) ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ 3Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборах и информационно-измерительных системах для высокоточных измерений линейных перемещений.Известны емкостные преобразователи перемещений, выполненные в виде плоско- параллельных конденсаторов 1,Недостатками известных преобразователей перемещений являются большие погрешности измерений, вызываемые вариа 10 цией внешних условий временным дрейфом характеристик преобразователя и неидентичностью отдельных емкостных преобразователей, а также погрешность нелиней 15 ности.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является емкостной преобразователь перемещений 21, содержащий, соединяемый одним плечом с из 20 меряемым объектом рычаг, параллельно расположенные подвижный и неподвижный электроды, выполненные в вице двух разделенных диэлектрической прокладкой иден 2тичных пластин, которые у неподвижного электрода смещены одна относительно другой на известное расстояние, а у подвижного электрода - расположены в одной плоскости и соединены с другим плечом рычага.Однако при кусочно-линейной аппроксимации существенно нелинейной функции преобразования (ФП) отрезки аппроксимируюшихся прямых становятся очень малы, что приводит к возрастанию погрешности известного преобразователя.Цель изобретения - повышение точности измерений.Это достигается тем, что преобразователь снабжен дополнительным подвижным электродом, расположенным симметрично основному подвижному электроду относи-. тельно неподвижного и связанным с присоединяемым к объекту плечом рычага, каждый из электродов снабжен дополнительной пластиной, отделенной от основных пластин диэлектрической прокладкой и расположенной перпендикулярно основным,д 0 6 ОЯХ Ф ОХ лО 4 Х2 Э х - измеряемое перемещение;у - выходной сигнал устройства ввиде частоты переменного токаили импульсов напряжения; О -О 4- параметры фП устройства, явля 1юшиеся случайными функциямивремени и внешних условий.Нестабильность параметров О 1 - О 4 и величина коэффициентов О, О 4, определяющих нелинейность системы, являются 50 55 пластинам с одной стороны относительновертикальной оси преобразователя, дополнительная пластина расположена в однойплоскости с основными пластинами у подвижных электродов и в плоскости, смещен 5ной в направлении рабочего перемещениясимметрично плоскости основных пластину неподвижного электрода, дополнительныепластины идентичны одна другой и основным пластинам электродов.На чертеже представлена структурнаясхема емкостного преобразователя перемещений.Преобразователь выполнен в виде па-"раллельно расположенных двух подвижных1, 2 и одного неподвижного 3 электрода,каждый из которых состоит из трех идентичных пластин 4-12,разделенных друг отдруга диэлектрическими прокладками 1315, имеющих одинаковые поперечные габариты и расположенных на одной вертикали, Причем у подвижных электродов 1 и2 пластины 4-6 и 10-12, соответственно,лежат в одной плоскости, а у неподвижного электрода 3 пластины 7-9 смещены относительно друг друга на известную величину д Х эт /2, При этом геометрическиеоси симметрии пластин 5, 8 и 11 составляют с соответствующими осями пластин4, 6; 7, 9; 10, 12 прямой угол.Начальные расстояния между подвижными электродами 1, 2 и, соответственно,пластинами 7 и 9.неподвижного электродаодинаковы. Подвижный электрод 1 соединен с одним из плеч рычага 16, имеющим 35коэффициент передачи К, другое плечокоторого взаимодействует с измеряемымобъектом. Подвижный электрод 2 непосредственно взаимодействует с измеряемымобъектом,Принцип действия описываемого преобразователя основан на том, что его ФПперемещения в электрический сигнал может быть достаточно точно в широком диапазоне изменения измеряемой величины х 45представлена в виде 5. Фисточниками погрешности измерения мещений.Для исключения влияния нестабилти указанных параметров .и их значе:.-",. на точность измерения, к измерител-.схеме устройства в любой последова: - ьности подключаются пары пластин 4 и 5 и 8, 6 и 9, 10 и 7, 11 и 8, 12:. В результате шести тактов преобразова-. ний получают следующую систему уравнений, связывающих выходной сигнал устройства с соответствующей измеряемой величиной тестовх +х+ ,х л-хл-х х +кхДХ этХ +КХ+ Хо+Х+Хэтои исследуемого параметра х;у=а,ла (холх)+а Х +х) 4 а 4(Х +Х,ДХэт / дхэт2У =а,+ аДХО+ Хл ЛХт)4 аХ 4 ХЬ Х)2++О Хо+ КХ+ -25 = а 102("ол "х+д" эт)+ахокхфд" м)+ + Д 4 ( Х о+ К Х + Д Х т)откуда получают9 о+95 92 ЧЗ Д "этХ -уо+уауу 5-у 1-294 2(К-)Как видно из этого выражения, результат измерения не зависит от параметров фП устройства. Таким образом исключает- сЯ влилние паРаметРов сз и О 4, опРеделяюших нелинейность фП устройства на величину суммарной погрешности, а также на выбор тестообразуюших величинах и К,Точность измерения перемещения с помощью предложенного устройства определяется только стабильностью известной величины Ьх, ,коэффипиента К передачи и идентичностью пластин электродов. формула изобретенияЕмкостной преобразователь перемещений, содержащий соединяемый одним пле.- чом с измеряемым объектом рычаг, парал5 7502 лельно расположенные подвижный и неподвижный электроды, выполненные в виде двух разделенных диэлектрической прокладкой идентичных пластин, которые у неподвижного электрода смешены одна относительно другой на известное расстояние, а у подвижного электрода - расположены в одной плоскости и соединены с другим плечом рычага, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности из О мерений, преобразователь снабжен дополнительным подвижным электродом, расположенным симметрично основному подвижному электроду относительно неподвижного и связанным с присоединяемым к объ- и екту плечом рычага, каждый из электродов снабжен дополнительной пластиной, отделенной от основных пластин диэлектрической прокладкой и расположенной пернен. 65 6дикулярно основным пластинам с однойстороны относительно вертикальной осипреобразователя, дополнительная пластинарасположена в одной плоскости с основными пластинами у подвижных электродов ив плоскости, смешенной в направлении рабочего перемещения симметрично плоскости основных пласты - у неподвижного электрода, дополнительные пластины идентичныодна другой и основным пластинам электродов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Туричин А. М. и др, Электрические измерения неэлектрических величин,"Энергия", М 1975, с. 294,2. Авторское свидетельство СССРМ 488979, кл. С В 7/08,от 15.01.74 (прототип).