SU1186938A1 - Capacitive displacement transducer - Google Patents

Capacitive displacement transducer Download PDF

Info

Publication number
SU1186938A1
SU1186938A1 SU843632321A SU3632321A SU1186938A1 SU 1186938 A1 SU1186938 A1 SU 1186938A1 SU 843632321 A SU843632321 A SU 843632321A SU 3632321 A SU3632321 A SU 3632321A SU 1186938 A1 SU1186938 A1 SU 1186938A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
integrator
output
switch
input
capacitive
Prior art date
Application number
SU843632321A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Иванович Чередов
Original Assignee
Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина filed Critical Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority to SU843632321A priority Critical patent/SU1186938A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1186938A1 publication Critical patent/SU1186938A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕЬ1ЕЩЕПИЯ, содержащий заземленные емкостный двухэлектродный датчик и опорный конденсатор, генератор импульсов и управл емый генератором импульсов первый переключатель. отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности перемещени , преобразователь снабжен источником посто нного опорного напр жени , вторым переключателем, интегратором зар да с накопительным конденсатором и инвертирующим сумматором, первый вход которого соединен с выходом интегратора,второй вход соединен с источником посто нного опорного напр жени , а выход - через нормально замкнутьй контакт первого переключател  соединен с опорным конденсатором, емкостный датчик через нормально замкнутый контакт второго переключаСЛ тел  соединен с выходом интегратора , а нормально разомкнутые контакты первого и второго переключателей подсоединены к входу интегратора.CAPACITIVE TRANSFORMER CONVERTER, containing a grounded capacitive two-electrode sensor and a reference capacitor, a pulse generator and a first switch controlled by a pulse generator. characterized in that, in order to improve the accuracy of movement, the converter is equipped with a constant voltage source, a second switch, a charge integrator with a storage capacitor and an inverting adder, the first input of which is connected to the output of the integrator, the second input is connected to a constant reference source and the output through the normally closed contact of the first switch is connected to the reference capacitor, the capacitive sensor through the normally closed contact of the second switch of the bodies with It is connected to the integrator output, and the normally open contacts of the first and second switches are connected to the integrator input.

Description

1 one

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  перемещени  объектов.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the movement of objects.

Цель изобретени  - повьшение точности измерений.The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy.

На чертеже показана схема емкостного преобразовател  перемещени Емкостньй преобразователь перемещений содержит емкостный датчик 1 с двум  электродами 2 и 3, из которых электрод 3, св зьшаемьй в процессе измерений с контролируемым объектом (не указан), заземлен. Экранирующий электрод 4 св зан с электродом 2 через повторитель 5 напр жени . Опорньй конденсатор 6 имеет один заземленный электрод. Емкостный преобразователь перемещений содержит также источник 7 посто нного опорного напр жени , инвертиРУ101ЦИЙ сумматор 8, первый переключатель 9 и второй переключатель 10, генератор 11 импульсов, управл ющий работой переключателей 9 и 10, и интегратор 12 зар да, включающий операционньп усилитель 13 и накопительный конденсатор 14. Незаземленньш электрод опорного конденсатора 6 соединен с нормально замкнутым контактом переключател  9, электрод 2 емкостного датчика 1 соединен с нормально замкнутым контактом переключател  10. Нормсшьно разомкнутые контакты переключателей 9 и 10 соединены с входом интегратора 12, выход которого соединен с первым входом инвертирующего сумматора 8. Второй вход инвертирующего сумматора 8 соединен с источником 7 посто нного опорного напр жени .The drawing shows a diagram of a capacitive displacement transducer. The capacitive displacement transducer contains a capacitive sensor 1 with two electrodes 2 and 3, of which electrode 3, which is connected to an object under control (not specified), is grounded. The shielding electrode 4 is connected to the electrode 2 via a voltage follower 5. The ground capacitor 6 has one grounded electrode. The capacitive displacement transducer also contains a source of constant reference voltage 7, an inverter PI1, a first switch 9 and a second switch 10, a pulse generator 11 controlling the operation of switches 9 and 10, and a charge integrator 12 including an operational amplifier 13 and a storage capacitor 14. The non-grounded electrode of the reference capacitor 6 is connected to the normally closed contact of the switch 9, the electrode 2 of the capacitive sensor 1 is connected to the normally closed contact of the switch 10. Normally opened The contacts of the switches 9 and 10 are connected to the input of the integrator 12, the output of which is connected to the first input of the inverting adder 8. The second input of the inverting adder 8 is connected to the source 7 of a constant reference voltage.

Емкостный преобразователь перемещений работает следующим образом.Capacitive displacement transducer works as follows.

Перемещение контролируемого объекта приводит к изменению зазора мелоду электродами 2 и 3 емкостного датчика 1. Реальное значение электрической емкости емкостного датчика 1 может быть представлено в следующем видеMoving the monitored object leads to a change in the gap between the electrodes 2 and 3 of the capacitive sensor 1. The actual value of the electrical capacitance of the capacitive sensor 1 can be represented as follows

С WITH

г 8 ,g 8,

где S - плott aдь перек рыти  электродов 2 и 3;where S is the bottom area of the electrodes 2 and 3;

5 - диэлектрическа  проницаемость среды между электродами 2 и 3{5 - the dielectric constant of the medium between the electrodes 2 and 3 {

869382869382

8 - зазор между электродами8 - the gap between the electrodes

2и З;2 and 3;

С -: паразитна  емкость, обусловленна  неполнотой экра5 нировани  электродов 2 иС -: parasitic capacitance due to the incompleteness of the shield of electrodes 2 and

3экранирующим электродом 4, емкостью монтажа и неисключенным краевым эффектом .3 shielding electrode 4, mounting capacity and not excluded edge effect.

О Поскольку Сц не зависит от значени  измер емого перемещени , она приводит к нелинейности функции преобразовани  измерительного преобразовател ,О Since Sc does not depend on the value of the measured displacement, it leads to a non-linearity of the transducer's conversion function,

15 Конденсатор, образованный электродами 2 и 3, при положении контактов переключателей 9 и 10, указанном на чертеже, зар жаетс  до : значени  выходного напр жени  интегратора 12 зар да. Опорный конденсатор 6 при этом зар жаетЬ  до значени  выходного напр жени  сумматора 8. При подключении по сигналу генератора 11 импульсов емкостного датчика 1 и опорного конденсатора 6 к входу интегратора 12 зар да , напр жение на них становитс  равным напр жению на входе интегратора 12 зар да, которое вследствие15 A capacitor formed by electrodes 2 and 3, when the contacts of switches 9 and 10, indicated in the drawing, are charged, is up to: the value of the output voltage of the integrator 12 charge. In this case, the reference capacitor 6 charges to the value of the output voltage of the adder 8. When the 11 capacitor pulse 1 and the reference capacitor 6 are connected to the input of the integrator 12 charge, the voltage on them becomes equal to the input voltage of the integrator 12 charge which due to

0 большого коэффициента усилени  операционного усилител  13 близко к нулю. При этом зар д с датчика 1 и опорного конденсатора 6 передаетс  в накопительный конденсатор 14, измен   соответствующим образом выходное напр жение интегратора 12 зар да. При последующих переключени х переключателей 9 и 10 напр жение на выходе интегратора 12 зар да . стремитс  к значению, при котором зар ды, накапливаемые в датчике 1 и опорном конденсаторе 6, будут.равны по абсолютной величине и противоположны по знаку. Противоположность знаков зар дов обеспечиваетс  инвертирующим включением олерационного усилител  13. Таким образом , установившийс  режим работы преобразовател  описываетс  уравнением , следующим из равенства зар дов на датчике 1 и конденсаторе 60, the high gain of the operational amplifier 13 is close to zero. In this case, the charge from sensor 1 and the reference capacitor 6 is transferred to the storage capacitor 14, changing the output voltage of the charge integrator 12 accordingly. During subsequent switchings of switches 9 and 10, the voltage at the output of the integrator 12 is charged. tends to a value at which the charges accumulated in the sensor 1 and the reference capacitor 6 are equal in absolute value and opposite in sign. The opposite of the charge signs is provided by the inverting switching on of the oleration amplifier 13. Thus, the steady state of the converter operation is described by the equation resulting from the equality of the charges on the sensor 1 and the capacitor 6

.х- Сд вых выходное напр жение.x- Sd output output voltage

преобразовател  j Z вькодное напр жениеj z transducer voltage

сумматора 8;adder 8;

GO - емкость опорного конденсатора 6;GO is the capacitance of the reference capacitor 6;

3131

с учетом зависимости выходного натф жени  инвертирующего сумматора 8 от коэффициентов преобразовани  его по первому и второму входамtaking into account the dependence of the output signal of the inverting adder 8 on its conversion coefficients for the first and second inputs

-V, -«.ых-К,-V, - ". Y-K,

иand

коэффициенты преобразовани  ,conversion factors

значение опорного напр жени ,the value of the reference voltage

иЛ-к,IL,

вЫХ c.ROUT c.R

.r .f .V.r .f .V

g -n -0 ig -n -0 i

Если значение коэффициента К, выбрать таким что CpKj С,у то :вли ние CD на выходную характеристику преобразовател  будет исключеноIf the value of the coefficient K is chosen such that CpKj C, then: the effect of CD on the output characteristic of the converter will be excluded

869384869384

и выходное напр жение преобразовател  будет линейно св зано с измер емым перемещением.and the output voltage of the converter will be linearly related to the measured displacement.

Таким образом введение сигналаSo the signal introduction

5 обратной св зи с выхода преобразовател  через инвертирующий сумматор 8 позвол ет исклю шть погрешность, обусловленную паразитной емкостью, и повысить точность измерений за5 feedback from the output of the converter through the inverting adder 8 allows you to eliminate the error due to parasitic capacitance, and to improve the measurement accuracy for

10 счет повьшени  линейности выходной характеристики. того, введение интегратора 12 зар да и второго переключател , который вместе с первым переключателем управл етс  ге15 |нератор 4 11 импульсов, позвол ет получить на выходе преобраэ овател  посто нное напр жение, что искшочает необходимость в выпр млении выходного напр жени , привод щего в10 by increasing the linearity of the output characteristic. In addition, the introduction of the integrator 12 charge and the second switch, which, together with the first switch, controls the pulse generator 4–11 pulses, produces a constant voltage at the output of the inverter, which eliminates the need for rectifying the output voltage

20 аналогичных устройствах к снижению точности.20 similar devices to reduce accuracy.

Claims (1)

ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащий заземленные емкостный двухэлектродный датчик и опорный конденсатор, генератор импульсов и управляемый генератором импульсов первый переключатель, интегратором заряда с накопительным конденсатором и инвертирующим сумматором, первый вход которого соединен с выходом интегратора,второй вход соединен с источником постоянного опорного напряжения, а выход - через нормально замкнутый контакт первого переключателя соединен с опорным конденсатором, емкостный датчик через нормально замкнутый контакт второго переключателя соединен с выходом интегратора, а нормально разомкнутые контакты первого и второго переключателей подсоединены к входу интегратора.CAPACITY MOVEMENT CONVERTER containing a grounded capacitive two-electrode sensor and a reference capacitor, a pulse generator and a first switch controlled by a pulse generator, a charge integrator with a storage capacitor and an inverting adder, the first input of which is connected to the integrator output, the second input is connected to a constant reference voltage source, and the output - through the normally closed contact of the first switch is connected to the reference capacitor, the capacitive sensor through normally closed the first contact of the second switch connected to the output of the integrator, and the normally open contacts of the first and second switches are connected to the input of the integrator. Ш95ТТSH95TT 1186938 21186938 2
SU843632321A 1984-08-04 1984-08-04 Capacitive displacement transducer SU1186938A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843632321A SU1186938A1 (en) 1984-08-04 1984-08-04 Capacitive displacement transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843632321A SU1186938A1 (en) 1984-08-04 1984-08-04 Capacitive displacement transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1186938A1 true SU1186938A1 (en) 1985-10-23

Family

ID=21078166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU843632321A SU1186938A1 (en) 1984-08-04 1984-08-04 Capacitive displacement transducer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1186938A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472106C2 (en) * 2008-12-23 2013-01-10 Закрытое акционерное общество "Нанотехнология-МДТ" Linear displacement capacitive transducer
RU2562695C2 (en) * 2011-06-20 2015-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Capacitance-type displacement transducer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Карандеев Е.П. и др. Быстродействующие электронные крмпенсационно-мостовые приборы. - М.: Энерги , 1970, с. 103. Патент US № 4250452, кл. 328-1, онублик. 1981. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472106C2 (en) * 2008-12-23 2013-01-10 Закрытое акционерное общество "Нанотехнология-МДТ" Linear displacement capacitive transducer
RU2562695C2 (en) * 2011-06-20 2015-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Capacitance-type displacement transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4193063A (en) Differential capacitance measuring circuit
US4743836A (en) Capacitive circuit for measuring a parameter having a linear output voltage
SU1186938A1 (en) Capacitive displacement transducer
US5019783A (en) Precision transducer circuit and linearization method
JPS6139330Y2 (en)
US3497805A (en) Circuit including a constant amplitude pulse generator for adjusting the amplitude of pulses produced by a transducer
JPH07260510A (en) Capacity type sensor
SU1355858A1 (en) Capacitance-type device for converting displacements
SU1767451A1 (en) Metering transducer with capacity sensor
SU1221483A1 (en) Capacitance-electronic displacement converter
JPS5760593A (en) Sample holding circuit
SU1645906A1 (en) Capacitive accelerometer
SU1751646A1 (en) Piston engine pressure converter
SU1267154A1 (en) Displacement-to-electric oscillations frequency transducer
SU881868A1 (en) Analogue storage device
SU748860A1 (en) A-d converter
SU1265570A1 (en) Capacitive pickup of moving sheet material humidity
SU834769A1 (en) Analogue storage
SU786728A1 (en) Method for measuring charge value at the interface of film structures
SU1201686A1 (en) Capacitance level meter
SU1580404A1 (en) Linear extrapolator
JPS57139612A (en) Capacitance type converter
SU587405A1 (en) Arrangement for measuring ilf rectangular pulse amplitude
SU911133A1 (en) Device for measuring displacements
SU1728663A1 (en) Displacement-to-voltage converter unit