высокочастотного разряда (ВЧ разряда) и возникновения постоянной разности потенциалов между внутренними электродами 2 разрядной трубки / вследствие образования в разрядном пространстве постоянной составляющей внутреннего электрического поля, при наличии внешнего ВЧ электрического поля. Когда к наружному электроду прикладывается ВЧ синусоидальное напряжение от ГВЧ в разрядной трубке / возникает тлеющий ВЧ разряд.

В цепях внутренних электродов 2 и конденсаторов С протекают токи. При нахождении наружного подвижного электрода 3 по середине трубки / пространственные заряды и потенциалы пространства симметрично распределяются между электродами 2. При этом постоянные потенциалы этих электродов равны и выходное напряжение, измеряемое вольтметром V, равно нулю. При перемещении электрода 3 на величину а возникает асимметрия в расположении ВЧ плазмы, пространственных зарядов и распределения потенциалов между электродами 2, в результате чего образуется постоянная разность потенциалов Иу,, пропорциональная перемещению а и измеряемая выходным прибором схемы-вольтметром V.

Описанный преобразователь имеет линейную выходную характеристику (рис. 1.17,6) в широком диапазоне перемещений -порядка нескольких сантиметров.

Таким образом, этот преобразователь может найти применение для измерения больших линейных перемещений-до 10 см и более. При этом он обладает высокой стабильностью и высокой экономичностью. Следует отметить также, что данный преобразователь является бесконтактным.

1.5. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МЕХАНОТРОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Наибольшее распространение в механотронных преобразователях нашли кинематические системы, упругие звенья которых выполнены в виде:

плоской мембраны, в центр которой впаян или вварен управляющий стержень (используется в преобразователях перемещений и усилий, а также в механотронных преобразователях ускорений и угломерах с внешним механическим управлением;

плоских и гофрированных мембран, а также силь-фонов и мембранных коробок (используются в преобразователях давлений);

консольных пружин, консольных балок на торсионном подвесе и двухплечих балок (типа коромысла) на торсионном подвесе (используются в преобразователях ускорений, параметров вибраций и углов поворота).

В табл. 1.3 представлены схемы указанных выше кинематических систем механотронов, основные характеристики этих систем, т. е. зависимости перемещений подвижного электрода от входной механической величины, а также формулы для расчета чувствительностей систем [32-34]. Следует отметить, что в общем случае основные характеристики кинематических систем механотронных преобразователей нелинейны. Однако для большинства механотронов характерны весьма малые рабочие диапазоны перемещений подвижных электродов, в пределах которых эти характеристики с достаточной точностью можно считать линейными. Формулы для расчета чувствительностей, приведенные в табл. 1.3, получены для линейных участков Ас?л„„ основных характеристик кинематических систем.

Из представленных в табл. 1.3 кинематических систем механотронов наиболее сложным силовым воздействиям при работе подвергается система типа мембрана-стержень. Она представляет собой двухплечий рычаг с точкой опоры в месте соединения стержня с мембраной. Отклонения стержня вызывают асимметричный изгиб мембраны. Кроме асимметричного изгиба, мембрана подвергается также действию атмосферного давления Ратм в виде распределенной нагрузки, вызывающей прогиб Wq мембраны внутрь вакуумного баллона механотрона (табл. 1.3).

Проведенные исследования показали, что действие атмосферного давления можно не учитывать при расчете кинематических систем мембрана-стержень с достаточно жесткими мембранами, когда чувствительность системы Of =Oyj/т/г<10-* сН--см-Однако распределенная нагрузка, создаваемая атмосферным давлением, значительно (в 2-4 раза) уменьшает чувствительность систем с тонкими эластичными мембранами.

Для расчета систем с жесткими мембранами используется формула [4], приведенная в табл. 1.3. Для расчета высокочувствительных систем с тонкими эластичными мембранами (ар>10- сН-Х Хсм-) необходимо использовать специальные диаграммы j тп = = f{D„!Dc) прн /i = const (рис. 1.18), полученные эксперименталь-

Основные виды кинематических систем механотронных преобразователей

Таблица 1.3

Назначение преобразователя

Названия и схемы кинематических систем

Вид основных характеристик

Формулы для расчета чувствительностей

Измерение перемещений

Мембрана-стержень

Измерение сил

Мембрана-стержень

Ратм

,= - = /киЗ

12(l-t) £Лз

где Р<1-коэффициент, учитывающий действие атмосферного давления на мембрану, £ и ц - модуль упругости и коэффициент Пуассона материала мембраны

Продолжение табл. 1.3

Измерение давлений

Adwo

Для плоской мембраны

2,33-10-*. "

=р (пл)

для гофрированной мембраны

1 Ri

а„,,, = 1,36-10-3--,

а Eh

где а -постоянный коэффициент, зависящий от глубины гофрировки H/h [61]

Измерение давлений

Мембранная коробка

2Я .

Ad Adwo

Для мембранной коробки складывающегося типа, состоящей из двух идентичных гофрированных мембран диаметром 2Rm,

(К) = З-р (г)

Измерение давлений

Измерение ускорений и параметров вибраций

Консольная пружина

Ad и Ad=Wa

где Ао, Аи А2 и Во - постоянные коэффициенты; « - число гофр; а -угол обжатия сильфона [61]

> (с)

136.10-3-<" + °)1:х

4 Eh„

X

Ао - аЛ) + аМг + Bohf,IR

gEbh?

3p d

2 £Л2

где P - вес инерционной массы М; р и £ - плотность и модуль упругости материала пру-

жины

Окончание табл. 1.3

Измерение ускорений, параметров вибраций и углов поворота

Балка иа торсионном подвесе

Измерение ускорений, параметров вибраций и углов поворота

Коромысло на торсионном подвесе

а ~ G-ndg

где Я - вес инерционной массы М; G - модуль сдвига материала пружины

а Gd]

где AP = Pi-P2 -разность весов инерционных масс Mi и Мг