Рис. 1. Условная схема
одной оси 12-электрод-
ного трехосного подвеса
с разрезными электрода-
ми
C
1
, C
3
и
C
2
, C
4
диаметрально противополож-
ных электродов при смещениях по оси
x
из-
меняются по закону
C
1
=
C
3
=
C
0
1
−
αx/h
;
C
2
=
C
4
=
C
0
1 +
αx/h
,
где
C
0
— ротор-электродная емкость при цен-
тральном положении взвешенного тела;
α
—
коэффициент формы электрода;
x
— смеще-
ние;
h
— зазор в центральном положении.
Разность напряжений на электродах, изме-
ренная датчиком в момент времени
τ
0
=
rC
0
после начала импульса (
r
— резистор, через
который проводится заряд емкости) в первом приближении равна
u
д
= (
u
2
−
u
1
)
t
=
τ
0
≈
2
αU
оп
e
x
h
=
k
д
x.
Здесь
U
оп
— высоковольтное опорное напряжение (амплитуда ШИМ);
k
д
— масштабный коэффициент емкостного датчика. Проводя оцен-
ку при
U
оп
= 300 B
,
α
= 0
,
9
,
h
= 30
мкм,
е
= 2
,
718
, получаем
k
д
= 6 620
мВ/мкм. В практических схемах подвесов вследствие на-
личия паразитных емкостей наблюдается снижение масштабного ко-
эффициента в 2–3 раза. Кроме того, для согласования уровней сиг-
налов датчика
u
д
и входных цепей аналого-цифрового преобразовате-
ля (АЦП) требуется введение делителя напряжения с коэффициентом
деления не менее 20. Однако, как показывают расчеты и опыт рабо-
ты с импульсными подвесами поплавковых приборов, даже с учетом
этих факторов значение масштабного коэффициента датчика переме-
щений превышает 100 мВ/мкм. Недостатком такого способа являет-
ся погрешность измерения, вызванная незначительным изменением
ротор-электродных емкостей за время
τ
0
, типовое значение которо-
го составляет 3. . . 4 мкс. Отметим, что эта погрешность играет су-
щественную роль, если выходные данные прибора формируются на
основе показаний емкостного датчика, например, при использовании
показаний датчика для определения ускорения. В подвесе датчик ра-
ботает в контуре обратной связи, в связи с чем влияние погрешности
незначительно. Тем не менее целесообразно оценить уровень этой
погрешности, например с помощью моделирования, что и будет вы-
полнено далее.
Рассмотрим еще одно (кроме высокого масштабного коэффициен-
та) важное преимущество импульсного датчика. Стабильность кру-
тизны его характеристики и нулевого сигнала (может возникать ввиду
неравенства паразитных емкостей плеч датчика) напрямую связана
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2014. № 1 21
