SU913488A1 - Емкостный датчикi - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике, преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано в составе следящих систем переменного тока,'в резонансных схемах для электрических измерений неэлектрических величин, например в датчиках перемещения и т.д.

Известны датчики изменения емкости, состоящие из резонирующего эле- , мента и измеряемой емкости ГП.

Недостатком таких датчиков является высокое внутреннее сопротивление, достигающее десятков и сотен мега-Ом, и необходимость работать на высокой частоте.

Изве.стны также датчики с относительно невысоким внутренним сопротивлением.

Известен емкостный датчик, содержащий резонирующий элемент в виде пьезоэлектрического трансформатора с резистором и источником питания в цепи возбуждения и управляемый кон;

к

2

денсатор. В датчике': управляемый конденсатор выполнен воздушным, одной из обкладок которого является электрод генераторной секции трансформатора [23:

Недостатком такого устройства является независимость величины сигнала от параметров’ источника питания и других элементов схемы, от механических помех, а также от внешних условий, т.е. устройство не обеспечивает достаточной точности и стабильности.

Цель изобретения - повышение стабильности и точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что емкостный датчик, содержащий резонирующий элемент в виде пьезоэлектрического трансформатора с резистором и источником питания в цепи возбуждения и управляемый конденсатор, он дополнительно содержит второй идентичный трансформатор с резистором в цепи возбуждения и заземленный электрод управления, при, этом управляемый кон913-488 4

денсатор выполнен дифференциальным, общей обкладкой которого является указанный заземлённый электрод, а вторыми обкладками - электроды секций генерации пьезохрансформаторов. $

С целью понижения рабочей частоты пьезотрансформаторы выполнены в виде биморфов, в которых каждая секция состоит из двух встречно поляризованных частей, и образуют камертон. ,о

На чертеже.представлена схема емкостного датчика, включенного в цепь переменного напряжения.

Датчик состоит из пьезоэлектричес-. ких трансформаторов 1 и 2. Электроды , ,5 входных секций возбуждения пьезоэлектрических трансформаторов подключены к генератору 3 через резисторы 4 и £>, а электроды 6 и 7 генераторных выходных секций пьезотрансформаторов явля-'20 ются’в то же время обкладками дифференциального управляемого конденсатора. Электрод’ управления 8 подключен к земляной клемме. Вход дифференциального усилителя 9 подключен к резисто-25 рам 4 и 5. Стрелками показаны направления поляризации пьезоэлектрического трансформатора. Пунктирными стрелками указано возможное направление перемещения заземленной секции конденсатора.

Устрбйство работает следующим образом.

Электрическое напряжение генератора 3 подается на пьезоэлектрические ₃₅ трансформаторы 1 й 2 с частотой, равной резонансной частоте собственных механических колебаний пьезотрансформаторов, При изменении положения за- : земленного электрода' 8 воздушного конденсатора емкость, подключенная к генераторной секции одного из пьезотрансформаторов, например 7. уменьшается на величину, соответствующую перемещению заземленного электрода, в ,, то время, как на такую же величину увеличивается емкость, подключенная к генераторной секции 6 другого пьезотрансформатора. При изменении емкости нагрузки каждого пьезотрансформатора 1 и 2 пропорционально меняются токи в первичных цепях возбуждения, а следовательно, и падения напряжения на резисторах 4 и 5.

На выходе вырабатывается сигнал рассогласования, нечувствительный ⁵⁵ к составу среды, изменения параметров генератора и элементов схемы (времен- . ным, температурным), так как для обо^А

их конденсаторов диэлектрическая постоянная' меняется одинаково.

Преимуществом датчика является возможность получить на выходе пьезотрансформаторов сигнал в несколько сотен вольт (в режиме холостого хода) при небольшом (единицы вольт) напряжении в секциях возбуждения трансформаторов, что ведет к увеличению' сигнала рассогласования и, следовательно, чувствительности датчика, а снятие сигнала с относительно низкоомного дифференциального выхода в цепи возбуждения трансформаторов позволяет исполь'зовать интегральные и дифференциальные усилители без согласующих элементов. Кроме того, симметричная конструкция датчика делает его нечувствительным к синфазным помехам,

' Емкостный датчик позволяет работать на различных резонансных частотах в диапазоне от 50 Гц до сотен килогерц в зависимости от способа поляризации и конструкции пьезотрансформаторов.

В ряде случаев, во избежание влияния паразитных емкостей, оказывается удобном работать на низких частотах.

В этом случае пьезотрансформаторы делаются биморфными со встречной поляризацией частей для возбуждения изгибных колебаний низкой частоты и образуют камертон.

К достоинствам этого датчика относится малое потребление энергии, простота изготовления (прессование или литье заготовок пьезокерзмики, дешевизна пьезокерамики), стабильность и высокая точность, что позволяет применить емкостный пьезоэлектрический датчик в высокоточных приборах.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1» Емкостный датчик, содержащий резонирующий элемент в виде пьезо- электрического трансформатора с резистором и источником питания в цепи возбуждения и управляемый конденсатор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и точности, он дополнительно содержит второй идентичный трансформатор •с резистором в цепи возбуждения и заземленный электрод управления, при этом управляемый конденсатор выполнен дифференциальным, общей обкладкой конденсатора является указанный заземленный электрод, а вторыми обкладка5

   ми - электроды секций генерации пьезотрансформаторов.
2. 2. Датчик по π. 1, о т л и чающий с я тем, что, с целью понижения рабочей частоты, пьезотрансфор- 5 маторы выполнены в виде биморфов, в которых каждая секция состоит из двух встречно поляризованных частей, и образуют, камертон.

   9 13488

   6