автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Исследование и разработка приборов контроля на основе бесконтактного линейного электроемкостного первичного измерительного преобразователя микроперемещений

Министерство образования Российской Федерации

01

4 т ш

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ

НА ОСНОВЕ БЕСКОНТАКТНОГО ЛИНЕЙНОГО ЭЛЕКТРОЕМКОСТНОГО ПЕРВИЧНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Специальность:

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи УДК 531.717

Чепуштанов Александр Александрович

БАРНАУЛ-2000

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете

им. И.И. Ползу нова

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Горбова Г.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Якунин А.Г.,

кандидат технических наук Грозов В.И.

Ведущая организация: ОАО "Барнаульское опытно-конструкторское бюро автоматики"

Защита состоится.^" декабря 2000 г. на заседании специализированного совета К 064.29.0!, действующего при Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656099, Барнаул, пр-т Ленина, 46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова

Автореферат разосланноября 2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н., доцент (!

Тищепко А.И.

ш. сг - они , о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современном производстве наличие и качество приборов контроля в значительной мере определяет производительность труда, качество и надежность выпускаемой продукции, поэтому их количество непрерывно возрастает. Как отмечено на европейской конференции «Евросенсор -IV», только в странах Западной Европы было выпущено около 3000 типов средств контроля на сумму 8 млрд. германских марок в год.

Значительную часть производственных задач контроля составляет контроль линейно-угловых величин.

Так как в приборах контроля микроперемещений преобразование информации обычно производится в одном направлении, то нх обобщенную структурную схему можно представить в виде последовательно включенных первичного измерительного преобразователя и измерительного устройства. Поэтому разработка приборов контроля линейно-угловых перемещений и, в частности, микроперемещений, включает в качестве первого звена получение первичной измерительной информации о параметрах технологического процесса.

Приходится констатировать, что из «всей цепочки получения, обработки и использования информации до сих пор наиболее слабым остается именно первое звено. На фоне бурного развития средств переработки и использования информации (вычислительной техники, кибернетики, робототехники и т.п.) такое отставание основных узлов приборов контроля микроперемещений особенно заметно. Конечно, успехи в создании вычислительных устройств, в особенности широкое внедрение микропроцессорных комплексов, в определенной мере способствуют улучшению характеристик первичных измерительных преобразователей (линеаризация, периодическая поверка и коррекция передаточных характеристик, реализация совокупных и совместимых измерений и т.д.). Однако этим путем вряд ли возможно решить упомянутую проблему совершенствования приборов контроля микроперемещений.

Перспективным направлением следует считать разработку и широкое внедрение в приборах контроля таких первичных измерительных преобразователей (далее первичных преобразователей), которые основаны на простых, хорошо изученных физических принципах, на принципиально линейных зависимостях «вход-выход», инвариантных по своей природе к влиянию

неблагоприятных внешних воздействий, легко поддающихся

расчету и воспроизведению, в том числе при массовом и серийном производстве, совершающих минимальное число измерительных преобразований в тракте, несложных в изготовлении, наладке и настройке. К числу таких перспективных устройств, пригодных для решения широкого круга задач контроля микронеремещений, можно отнести емкостные первичные преобразователи.

Среди основных трудностей, сдерживающих развитие этой области приборов контроля, следует отметить сложность создания линейного электростатического поля в рабочей области первичного преобразователя. Вместе с тем характеристика емкостного первичною преобразователя микроперсмещешш может быть строго расчетной. Точный аналитический расчет его метрологических характеристик может быть осуществлен на основе весьма эффективного метода непосредственного определения напряженности поля, предложенного профессором Л.Я. Сочневым и методик, сформулированных М.Г. Струнским, М.М. Горбовым, П.И. Госьковым, В.В. Евстигнеевым, О.И. Хомутовым и Г.М. Горбовой.

Следует отметите,' что большинство нерешенных задач при преобразовании линейных величин в производственных условиях связано с бесконтактными микроперемещениями заземленных поверхностей (толщина фолы и лент, форма изделий, давление веществ в трубопроводе;, вибрация и деформация изделий и др.).

Емкостные первичные преобразователи делятся на два вида: двухэлектродные и трехэлектродные. Преимуществами трехэлектродных первичных преобразователей перед двухэлектродными являются высокая стабильность, помехоустойчивость и нечувствительность к различного рода влияющим величинам.

Из трехэлектродных первичных преобразователей наилучшую линейность имеет первичный преобразователь с копланарными электродами. Однако этот преобразователь имеет низкую абсолютную чувствительность. От указанного недостатка свободен первичный преобразователь, основанный на изменении краевой емкости плоского конденсатора, т.е. П-образного первичного преобразователя, имеющий более высокую линейность статической характеристики, чем первичный преобразователь, выполненный в виде плоского конденсатора, но уступающий по этому показателю первичному преобразователю с копланарными электродами.

Работа по теме диссертации выполнялась по договорам с Государственным оптическим институтом им. С.И. Вавилова и Выксунским металлургическим комбинатом.

Целью настоящей работы является совершенствование приборов контроля микроперемещений с использованием емкостных первичных преобразователей через аналитические исследования емкостного П-образного первичного преобразователя микроперемещений и разработка на основе этих исследований приборов контроля с первичным преобразователем, имеющим линейную статическую характеристику.

Идея работы: к известному нелинейному П^образному первичному преобразователю параллельно подключается такой дополнительный емкостной первичный преобразователь, при котором зависимость общей емкости первичного преобразователя от перемещения будет практически линейной.

Для достижения поставленной цели, исходя из идеи работы, можно сформулировать в настоящей работе следующие задачи:

1. Рассчитать емкость дополнительного первичного преобразователя.

2. Произвести анализ емкостей П-образного и дополнительного первичных преобразователей микроперемещений и выбрать условия, при которых зависимость общей емкости первичного преобразователя от перемещения линейна.

3. Исследовать погрешность от линеаризации (аппроксимации) статической характеристики П-образного первичного преобразователя

с дополнительными электродами при нормальных значениях 8 -влияющих величин.

4. Определить выражения для емкостей и погрешностей от линеаризации первичного преобразователя с дополнительными электродами с учетом различных влияющих величин.

5. Разработать методику проектирования первичного преобразователя микроперемещений с дополнительными электродами.

6. Провести экспериментальную проверку методик расчета и проектирования первичных преобразователей.

7. Создать на основе проведенных исследований совершенные приборы контроля микроперемещеннй.

Для решети поставленных задач приметался метод конформных преобразований и непосредственного определения напряженности поля. Экспериментальные исследования выполнялись на приборах и специально изготовленных стендах.

Научная повита выполненных исследований и разработок заключается в следующем:

1. Методом конформных преобразований и непосредственного определения напряженности поля получена точная формула для

расчета емкости модели первичного преобразователя микроперемещений с дополнительными электродами.

2. Дан анализ емкостей П-образного и дополнительного первичных преобразователей и выбраны условия, при которых их суммарная емкость характеризуется линейной зависимостью от перемещения.

3. Исследована погрешность приборов контроля от линеаризации статической характеристики полученного линейного преобразователя.

4. Рассчитаны емкости и погрешности приборов контроля от линеаризации первичного преобразователя с дополнительными электродами с учетом различных влияющих величин.

5. Предложена методика проектирования приборов контроля на основе линейного П-образного первичного преобразователя микроперемещений с дополнительными электродами с приведенной погрешностью 0,026%; на конструкцию преобразователя получен патент.

Автор защищает:

1. Результаты теоретических и аналитических исследований линейного емкостного П-образного первичною, преобразователя микроперемещений с дополнительными электродами.

2. Расчеты емкостей и метрологических характеристик линейного первичного преобразователя микроперемещений с учетом различных влияющих величин. 4 -

3. Конструкцию, технологию изготовлен™, расчет и разработанную методику проектирования линейного первичного преобразователя микроперемещений с приведенной погрешностью 0,02% в приборах контроля микропремещений.

Практическая ценность приведенной научно-исследовательской работы:

1. Полученные выражения и таблицы с численными значениями позволяют с малой погрешностью определять параметры линейного первичного преобразователя микроперемещений.

2. Разработана конструкция линейного первичного преобразователя микроперемещений с изготовлением электродов методом фотолитографии для приборов контроля микроперемещений.

3. Предложенные методики расчета емкостей сложных плоскопараллельных систем могут быть использованы при расчете образцовых конденсаторов и резисторов, конструировании печатных плат, интегральных схем, электрокондуктометров и других устройств.

Реализация результатов работы. На основе разработанного линейного первичного измерительного преобразователя микронеремещений, защищенного патентом на изобретение,

Барнаульским ОКБА НПО «Химавтоматика» разработаны, изготовлены и переданы Государственному оптическому институту им. С.И. Вавилова экспериментальные образцы прибора для контроля перемещений с диапазоном ± 400 мкм и приведенной погрешностью 0,1%, и с диапазоном ± 500 мкм и приведенной погрешностью 0,02%, а НТЦ «Ангстрем» Алтайского филиала ИА РФ, поставлены Выксунскому металлургическому заводу два прибора контроля объема (толщины) пористой металлической ленты Микрон-3 с абсолютной погрешностью измерения 0,02 г/см3.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Информационные технологии» и кафедры «Теория электромагнитного поля и электроэнергосбережения» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, докладывались на научно-технической конференции «Измерения и контроль при автоматизащш производственных процессов» (г. Барнаул, 1997 г.), Всесоюзной научно-технической конференции «Методы и средства измерения физических величин» (г. Нижний-Новшр'од, 1998 г.), международном конгрессе «Биоэнергоинформатика» (г. Барнаул, 1998 г.), Международной научно-технической конференции «Датчик 98» (г. Москва), 6-й Всероссийской научно-технической конференции Московского государственного технического университета им. Баумана (г. Москва; 1999 г.), 57-й научно-технической конференции АлтГТУ (г. Барнаул, 1999 г.).

Публикации. По материалам выполненных в диссертационной работе исследований опубликовано 12 печатных работ, получен патент на изобретение.

Объем и структура работы. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, включая рисунки на 12 страницах, состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 115 наименовании и приложений.

Содержание работы.

В первой главе дан краткий анализ основных направлений развит:« методов и приборов контроля микроперемещений, показано, что наиболее точными средствами для бесконтактного измерения микроперемещений являются лазерные интерферометры.

Емкостные приборы, уступая по точности оптическим, имеют более простую конструкцию, меньшие габариты, вес и энергопотребление, причем в них наиболее слабым звеном получения, обработки и использования информации являются первичные измерительные преобразователи. Существующие бесконтактные

трехзлектродные и, в частности, П- образные первичные

преобразователи, обладающие высокой стабильностью, помехоустойчивостью, повышенной абсолютной чувствительностью, имеют значительную нелинейность статической характеристики и подлежат дальнейшим исследованиям.

Во второй главе уточнена методика выравнивания статической характеристики преобразователя прямой линией в приборах контроля микроперемещений.

Анализ емкости С известного П-образного преобразователя микропремещений показывает, что с повышением перемещения разница между линейной и реальной статическими характеристиками увеличивается. Для получения линейной статической характеристики преобразователя необходимо ввести дополнительную систему электродов, емкость которой (С]) компенсировала бы указанную разность при движении объекта перемещения. Одной из таких систем может быть дополнительный преобразователь, изображенный на рис. 1, а, с емкостью между электродами 1 и 2.

<9 В) ' «)

Рис. 1. Схема дополнительного преобразователя: а - конструкция; б - расчетная модель; в - отображенная плоскость; 1 и 2 - высокопотенцнальный и низкопотенциальный электроды;3 и 4 -экраны; 5 и 6 - диэлектрические прокладки; 7 - объект перемещения; Х,0 - стыки электродов с разными и одинаковыми потенциалами

Для упрощения расчетов, примем размеры т=6=оо, а толщины диэлектрических прокладок 5 и 6 и электрода 2 равными нулю. С учетом принятых допущений расчетная модель дополнительного преобразователя будет иметь вид, показанный на рис. 1, б. Для расчета частичной емкости С1 между электродами 1 и 2 дополнительного преобразователя, представляющего собой плоскопараллельную систему электродов, воспользуемся методом конформных преобразований и непосредственного определения напряженности поля. Произведем конформное отображение верхней полуплоскости н>

на заданный многоугольник в плоскости г, образованный системой электродов преобразователя, так, чтобы точка А'0 перешла

в А0, А'3 - в точку Аъ, равную бесконечности, а другие точки

соответствовали данным, изображенным на рис. 1.

Тогда отображающая функция, полученная с помощью интеграла Кристоффеля-Шварца, имеет вид

и

■р

-а.

г г —а,

(1)

О " "I где б - постоянная;

йгь а2 - координаты точек в отображенной плоскости. Установив взаимосвязь исходной и отображенной плоскостей, получим следующие отношения;

(2)

■аг/а

аЦа] -1

(3)

Учитывая, что 'при конформных отображениях емкости между соответствующими электродами сохраняются, достаточно найти частичную емкость С] в отображенной системе электродов.

Согласно методу непосредственного определения напряженности поля напряженность £|,.-=0 поля имеет вид

В

Е,

г=о

\и + ах ш + аЛ

(4)

где В - постоянная.

Заряд х (на единицу длины) на нгакопотенциальном электроде, разность потенциалов 11\~и2п частичная емкость С, между высокопотенциальным 1 и низкопотешшальным 2 электродами определяются выражениями:

"1 "г с1и

т - е0€ = 80еВ

(и + ах){и + <з3)

^в ]пК+з)Ь +з).

а.

■ах 2ах (а 2 + а})

и,- с/,

т Ь,

л Нш (и + а3)£ 0 = ;

и-»-»3 1 а3 - а.

Ц-Г/,

я

2(1 + а2/а3)

(6) (7)

где ¿1 - длина низкопотенциального электрода (в плоскости, перпендикулярной чертежу).

Определив на основании (2) и (3) по исходным конструктивным размерам координаты коэффициентов а ¡/а? и а2/а3 и подставив их в (7), получим точные значения частичной емкости С] для принятой расчетной модели дополнительного преобразователя.

Емкость С основного преобразователя с учетом длины Ь находится по известной формуле

~ • ( V V

С

л

1+а

а

з /

1 + ^

а

1 у

(8)

в которой параметр а{/а3 находится из уравнений (2), (3).

Предельная относительная погрешность основного преобразователя, связанная с заменой реальной выходной характеристики на линейную, найденная на основе выражения (8), характеризуется первым порядком малости.

Если основной и дополнительный преобразователи включить параллельно и принять

! = £,, (9)

то с учетом (7) - (9) точная формула емкости С2 преобразователя с дополнительными электродами будет иметь вид

_ (щ +а2)2(а1 +ЯзУ

1 ~ _ 111 , ^ 3 < \2 ■

а =с+с,

л \ва1а3{а2 + а3)2 Пример конструкции преобразователя с дополнительными

(10)

электродами изображен на рис. 2.

В результате анализа емкостей П-образного и дополнительного преобразователей показано, что при достаточно большой высоте 2И потенциальных электродов по сравнению с расстоянием 21 между ними и отношении длин 1121х иизкопотенциальных электродов указанных преобразователей равным 0,5, предельная нелинейность общей (суммарной) емкости П-образного преобразователя с

V

V

и

дополнительными электродами в зависимости от перемещения а! характеризуется третьим порядком малости. Если, например, (¡/21= 0,1, то предельная относительная погрешность (по абсолютной величине)

преобразователя с дополнительными электродами »0,053%,

что приблизительно на два порядка меньше относительной погрешности преобразователя без дополнительных электродов.

1 и 2 - высокопотенциальный и низкопотенциальньщ электроды; 3 и 4 - дополнительные электроды; 5 и 6 - охранные электроды; 7 и 8 -экраны; 9 и 10 - диэлектрические прокладки; 11 - объект перемещения

Исследования погрешности приборов контроля от линеаризации статической характеристики предложенного линейного преобразователя, проведенные методом наименьших квадратов при номинальных значениях влияющих величин, показывают, что при отношении М~ 1 и М - (0,18 - 0,28) преобразователь имеет наилучшие метрологические характеристики: абсолютную чувствительность ~

7,9 пФ/м, относительную чувствительность = 1,5 и предельную

погрешность Л (¡/(¡=0,021%.

Определены выражения для емкостей и погрешностей от линеаризации предложенного преобразователя с учетом различных влияющих величин: а) высоты потенциальных электродов и расстояния между ними; б) ширины потенциальных электродов; в) потенциальных электродов разной высоты; г) смещения потенциального электрода; д) скругления краев электродов; е) высоты экрана; оценено влияние зазоров между потенциальными электродами и экранами на емкости преобразователя. Основные результаты исследований приведены в табл. 1.

Влияющая величина

Схема преобразователя

Высота 2Л потенциальных электродов и расстояние 21 между ними

2, Ширина т ! потенциальных | электродов

Потенциальные

электроды

разной

высоты 2к и 2к-1

Таблица 1

Взаимосвязь точек плоскостей Ъ и V/

Формула емкости

2 ' л 1 <и'а,(а,

/--а-*

к

-2—------

Ь 1},а4+(аГа1'

-=— 1п——~—

I л\ а.

агск

I 2

Та1

М

т 2

с! л-^-й^

2 2 2 2 2 2 . а -а ам -а +а, а -а __3 1 и э г

а 2

3

ь.

нйч

I '

2

2—1;

г

С2=С+С[

-5бп МММ!

/а* ~а2 а,

№ пп

Влияющая величина

Схема преобразователя

Смещение <11-11 потенциального электрода

Скругление /?

краев

электродов

Высота Ь экрана

-Взаимосвязь точек плоскостей 2 и V/

Продолжение таблицы 1

Формула емкости

I ла2 ^а^+а^' при условиях:

* 1 *

а.

? ? ММ

I тгЛ^х

(1ы

I

4а1~а2Л~а

с2=с+с=

1

2Л-Я 2°4 .

/ л- °з и2-^

1 л а2 и2-а2

Ли.

(1 % \a\~a]

¡"2 а\ \-а? [к(*)-(I-а; /а,2)1%1)]'

¡1^ Р(<р2,к')~п(<р п,к') I 2[к(*) - (1 - а\ /а^П^Д-)}

Га+а 12(аV С=С+С=——1гр- 2Л 1 з;

16аа2{а^ +а, ^

_ а,__а4 - а, _

/ " ~~К(Л)- (1 /а22)П(«!, к)

В третьей главе приведены расчет и методика

проектирования преобразователя с краевой емкостью для приборов контроля микроперемещений, проведены экспериментальные исследования, дан краткий обзор разработанных средств контроля.

Разработка преобразователя произведена по результатам исследований, произведенных в главе второй.

Номинальная статистическая характеристика преобразователя определяется при следующих значениях влияющих величин:

1 .Нижний с/„ /21 и верхний de 121 относительные пределы преобразования устанавливаются dH /21 = 0,18 и da /21 = 0,28 соответственно и, следовательно, относительный диапазон D / 21 преобразования D / 21= d„ /21 - da /21 - 0,1.

2. Отношение высоты 2h потенциальных электродов 1 и 2 к расстоянию 21 между ними М =1, а отношение длин £/£ дополнительного 3 или 4 и низкопотенциального 2 электродов составляют /,; /L = 1.

3. Разность высот Ah между высокопотенциальным 2hi и низкопотенциальным 2h электродами равна нулю.

4. Смещение по высоте Дd одного потенциального электрода относительно другого dt - d равна нулю.

5. Скругление R краев потенциальных электродов, обращенных к объекту перемещения, отсутствует, т.е. радиус кривизны R-0.

6. Неплоскостпость и шероховатость поверхностей электродов преобразователя отсутствуют, поверхности электродов и экранов имеют между собой углы нуль или 90°.

7. Ширина т потенциалышх электродов, обращенных к объекгу перемещения, равна бесконечности.

8. Длины охранных £3 и высокопотенциальных L2, а также высота Ъ экранных электродов Lj 'L ^-b- оо.

9. Толщина t металлической пленки и зазор л- между электродами и экраном равны нулю, т.е. t=s= 0.

Отклонение влияющих величин от указанных номинальных значений приводит к погрешности преобразователя, каждая из которых не превышает 0,004% при рассчитанных в работе технологических допусках.

На основе найденных выражений для расчета погрешностей предложена конструкция преобразователя с изготовлением электродов методом фотолитографии, дан расчет и разработана методика проектирования прибора с приведенной погрешностью, равной 0,026%.

Проведены экспериментальные исследования соответствия расчетных моделей реальным конструкциям преобразователей

приборов контроля микроперемещений, которые

подтвердили правильность полученных в данной работе теоретических результатов.

На основе разработанного линейного преобразователя, защищенного патентом на изобретение, разработаны и внедрены приборы для контроля микроперемещений, а также даны их технические характеристики.

В Приложении приведены расчетные таблицы с численными значениями результатов вычислений, приложены акты внедрения и справки об использовании результатов диссертационной работы в промышленности.

Основные результаты работы.

1. Краткий анализ основных направлений развития методов и приборов контроля микроперемещений показал, что наиболее точными средствами для бесконтактного контроля микроперемещений являются лазерные интерферометры; емкостные приборы, уступая по точности оптическим, имеют более простую конструкцию, меньшие габариты, вес и энергопотребление.

2. В емкостных приборах контроля наиболее Слабым звеном получения, обработки и использования информации являются первичные измерительные преобразователи; - существующие бесконтактные трехэлектродные и, в частности, П-образные первичные преобразователи, обладающие высокой 'стабильностью, помехоустойчивостью, повышенной абсолютной чувствительностью, имеют значительную нелинейность статической характеристики.

3. Методом конформных преобразований и непосредственного определения напряженности поля получена точная формула для расчета емкости дополнительного преобразователя, рассчитаны на ЭВМ ее численные значения.

4. В результате анализа емкостей П-образного и дополнительного преобразователей показано, что при достаточно большой высоте 2/г потенциальных электродов по сравнению с расстоянием 21 между ними и отношении длин низкопотенциалыгых электродов указанных преобразователей равным 0,5, предельная нелинейность общей (суммарной) емкости П-образного преобразователя с дополнительными электродами в зависимости от перемещения с/ характеризуется третьим порядком малости.

5. Исследование погрешности от линеаризации статической характеристики предложенного линейного преобразователя, проведенное методом наименьших квадратов при номинальных значениях влияющих величин, показывает, что при отношении И/1~ 1 и сШ= (0,18 — 0,28) преобразователь имеет наилучшие метрологические

характеристики: абсолютную чувствительность 1 7,9 пф/м, относительную чувствительность S2 —1,5 и предельную

погрешность Аd/d-= 0,021%.

6. Определены выражения для емкостей и оценены погрешности линеаризации предложенного преобразователя с учетом различных влияющих величин: а) высоты потенциальных электродов и расстояния между ними; б) ширины потенциальных электродов; в) потенциальных электродов разной высоты; г) смещения потенциального электрода; д) скругления краев электродов; е) высоты экрана; оценено влияние зазоров между потенциальными электродами и экранами на емкость преобразователя.

7. Предложена конструкция преобразователя с изготовлением электродов методом фотолитографии, дан расчет и разработана методика проектирования приборов контроля микроперемещений с приведенной погрешностью равной 0,026%.

8. Проведены экспериментальные исследования соответствия расчетных моделей реальным конструкциям преобразователей, которые подтвердили правильность полученных в данной работе теоретических результатов.

9. На основе разработанного линейного преобразователя, защищенного патентом на изобретение, Барнаульским ОКБА НПО «Химавгомагика» и НТЦ «Ангстрем» Алтайского филиала ИА РФ разработаны, изготовлены и переданы Государственному оптическому институту им. С.И. Вавилова экспериментальные образцы приборов контроля микроперемещений с приведенными погрешностями 0,02 и 0,1%, а Выксунскому металлургическому комбинату - два прибора контроля объема пористой металлической ленты.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях:

1. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Методика выравнивания статической характеристики преобразователя прямой линией // Биоэнергоинформатика: Докл. - Барнаул, 1998. - С.247-249.

2. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Расчет краевой частичной емкости первичного измерительного преобразователя микроиерсмещсний биообъектов // Биоэнергоинформатика: Докл. -Барнаул, 1988.-С. 251-258.

3. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Исследования нелинейности статической характеристики емкостного первичного измерительного преобразователя микроперемещений // Методы и средства измерений физических величин: Тез. докл. - Нижний Новгород, 1998. - С. 17.

4. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Расчет погрешностей емкостного преобразователя микроперемещений // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Тез. докл. - Москва, 1998. - С. 56-57.

5. Пат. 2147726 RU, МКИ GOIB7/14, G 01 Д 5/24,2000

6. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Аналитический расчет сверхлинейного электроемкостного преобразователя микроперемещений // Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов: Материалы IV междун. конф. - Барнаул, 1997,-С. 23-25.

7. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Влияние высоты потенциальных электродов и расстояния между ними на погрешность линейного преобразователя микроперемещений // Состояние и проблемы измерений: Тез. докл. 6-ой Всеросс. НТК. - М.: 1999. - С. 20-21.

8. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Расчет емкостей линейного первичного измерительного преобразователя микроперемещений и погрешностей от нелинейности его статической характеристики в зависимости от'различных влияющих величин // Труды Сибирского отделения академии инженерных наук: Сб. науч. тр.- Барнаул, АлтГТУ, 2000. -С. 21-28.

9. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Влияние разности высот потенциальный • электродов на емкость преобразователя микроперемещений // 57-я НТК студентов, аспирантов и преподавателей: Тез. докл.- Барнаул, 1999, - С. 51-53.

10. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Расчет и методика проектирования линейного первичного измерительного преобразователя микроперемещений с краевой емкостью // Труды Сибирского отделения академии инженерных наук : Сб. науч. тр. -Барнаул, АлтГТУ, 2000,- С. 33-39.

11. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Прецизионные бесконтактные электроемкостные приборы для контроля линейных микроперемещений.- Барнаул: АлтГТУ, 2000.- 11с. (Препринт № 240 -

- 2000.

12. Чепуштанов A.A. Бесконтактный электроемкостный прибор для контроля объема пористой ленты.- Барнаул: АлтГТУ, 2000,- 11с. (Препринт №241 -2000.

Введение.

Глава первая. ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫХ

НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ПОСТАНОВКА ЗА,ДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Краткий обзор существующих методов и средств измерения микроперемещений и выбор направления исследований.

1.2. Краткий обзор бесконтактных трехэлектродных емкостных средств измерения микроперемещений заземленных поверхностей и постановка задач исследований.

В современном производстве наличие и качество средств контроля в значительной мере определяет производительность труда, качество и надежность выпускаемой продукции, поэтому их количество возрастает. Как отмечено на европейской конференции «Евросенсор - IV», только в странах Западной Европы было выпущено около 3000 типов датчиков на сумму 8 млрд. германских марок в год.

Значительную часть производственных задач контроля составляет контроль линейно-угловых величин [1].

Так как в приборах контроля микроперемещений преобразование информации обычно производится в одном направлении, то их обобщенную структурную схему можно представить в виде последовательно включенных первичного измерительного преобразователя и измерительного устройства. Поэтом}' разработка приборов контроля линейно-угловых перемещений и, в частности, микроперемещений, включает в качестве первого звена получение первичной измерительной информации о параметрах технологического процесса.

Приходится констатировать, что из всей цепочки получения, обработки и использования информации до сих пор наиболее слабым остается именно это первое звено. Первичные измерительные преобразователи, в отличие от остальной части средств измерений, работают при повышенной вибрации, в агрессивных условиях, при больших колебаниях температуры и влажности. Поэтому около 80% отказов средств измерений происходит из-за выхода первичных измерительных преобразователей из класса точности [50]. На фоне бурного развития средств обработки и использования информации (вычислительной техники, кибернетики, робототехники и т.п.) отставание в разработке первичных измерительных преобразователей особенно заметно. Конечно, успехи в создании вычислительных устройств, в особенности широкое внедрение микропроцессорных комплексов, в определенной мере могут способствовать улучшению характеристик первичных измерительных преобразователей (линеаризация, периодическая поверка и коррекция передаточных характеристик, реализации совокупных и совместных измерений и т.д.). Однако этим путем вряд ли возможно решить упомянутую проблему совершенствования приборов контроля микроперемещений [2].

Перспективным направлением следует считать разработку и широкое внедрение в приборах контроля таких первичных измерительных преобразователей (далее первичных преобразователей), которые основаны на простых, хорошо изученных физических принципах, на принципиально линейных зависимостях «вход-выход», инвариантных по своей природе к влиянию неблагоприятных внешних воздействий, легко поддающихся расчету и воспроизведению, в том числе при массовом и серийном производстве, совершающих минимальное число измерительных преобразований в тракте, несложных в изготовлении, наладке и настройке. К числу таких перспективных устройств, пригодных для решения широкого круга задач контроля микроперемещений, можно отнести емкостные первичные преобразователи [2].

Следует отметить, что большинство нерешенных задач при преобразовании линейных величин в производственных условиях связано с бесконтактными микроперемещениями заземленных поверхностей (толщина фольг и лент, форма изделий, давление веществ в трубопроводе, вибрация и деформация изделий и др.).

Емкостные первичные преобразователи делятся на два вида: двухэлек-тродные и трехэлектродные. Преимуществами трехэлектродных первичных преобразователей перед двухэлектродными являются высокая стабильность, помехоустойчивость и нечувствительность к различного рода влияющим величинам [3].

Из трехэлектродных первичных преобразователей наилучшую линейность имеет первичный преобразователь с копланарными электродами [1]. Однако этот преобразователь имеет низкую абсолютную чувствительность.

От указанного недостатка свободен первичный преобразователь, основанный на изменении краевой емкости плоского конденсатора, т.е. П-образного тервичного преобразователя, имеющий более .высокую линейность статической сарактеристики, чем первичный преобразователь, выполненный в виде плоского конденсатора, но уступающий по этому показателю первичному преобразователю с копланарными электродами [1].

Целью настоящей работы является совершенствование приборов контроля микроперемещений с использованием емкостных первичных преобразователей через аналитические исследования емкостного П-образного первичного феобразователя микроперемещений и разработка на основе этих исследований фиборов контроля с первичным преобразователем, имеющим линейную статическую характеристику.

Идея работы: к известному нелинейному П-образному первичному пре->бразователю параллельно подключается такой дополнительный емкостной юрвичный преобразователь, при котором зависимость общей емкости первич-юго преобразователя от перемещения будет практически линейной.

Для достижения поставленной цели, исходя из идеи работы, можно формулировать в настоящей работе следующие задачи:

1. Произвести анализ емкостей П-образного и дополнительного первичных преобразователей микроперемещений и выбрать условия, при которых зависимость общей емкости первичного преобразователя от перемещения линейна.

2. Рассчитать емкость дополнительного первичного преобразователя.

3. Исследовать погрешность от линеаризации (аппроксимации) статической характеристики П-образного первичного преобразователя с дополнительными электродами при номинальных значениях влияющих величин.

4. Определить выражения для емкостей и погрешностей от линеаризации первичного преобразователя с дополнительными электродами с учетом различных влияющих величин.

5. Разработать методику проектирования первичного преобразователя микроперемещений с дополнительными электродами.

6. Провести экспериментальную проверку методик расчета и проектирования первичных преобразователей.

Для решения поставленных задач применяется метод конформных преобразований и непосредственного определения напряженности поля. Экспериментальные исследований выполнялись на приборах и специально изготовленных стендах.

Научная новизна выполненных исследований и разработок заключается в следующем:

1. Методом конформных преобразований и непосредственного определения напряженности поля получена точная формула для расчета емкости модели первичного преобразователя микроперемещений с дополнительными электродами.

2. Дан анализ емкостей П-образного и дополнительного первичных преобразователей и выбраны условия, при которых их суммарная емкость характеризуется линейной зависимостью от перемещения.

3. Исследована погрешность от линеаризации статической характеристики полученного линейного преобразователя.

4. Рассчитаны емкости и погрешности приборов контроля от линеаризации первичного преобразователя с дополнительными электродами с учетом различных влияющих величин.

5. Предложена методика проектирования приборов контроля на основе линейного П-образного первичного преобразователя микроперемещений с дополнительными электродами с приведенной погрешностью 0,026%; на конструкцию первичного преобразователя получен патент.

Автор защищает:

1. Результаты теоретических и аналитических исследований линейного емкостного П-образного первичного преобразователя микроперемещений с дополнительными электродами.

2. Расчеты емкостей и метрологических характеристик линейного первичного преобразователя микроперемещений с учетом различных влияющих величин.

3. Конструкцию, технологию изготовления, расчет и разработанную методику проектирования линейного первичного преобразователя микроперемещений с приведенной погрешностью 0,02% в приборах контроля.

Практическая ценность приведенной научно-исследовательской работы:

1. Получены точные выражения и таблицы с численными значениями, позволяющие с малой погрешностью определить параметры линейного первичного преобразователя микроперемещений.

2. Разработана конструкция линейного первичного преобразователя микроперемещений с изготовлением электродов методом фотолитографии.

3. Предложенные методики расчета емкостей сложных плоскопараллельных систем могут быть использованы при расчете образцовых конденсаторов и резисторов, конструировании печатных плат, интегральных схем, электрокондуктометров и других устройств.

Реализация результатов работы. На основе разработанного линейного тервичного измерительного преобразователя микроперемещений, защищенного патентом на изобретение, Барнаульским ОКБА НПО «Химавтоматика» разработаны, изготовлены и переданы Государственному оптическому институту им. ".И. Вавилова экспериментальные образцы прибора для измерения перемещений с диапазоном ± 400 мкм и приведенной погрешностью 0,1 % и с диапазоном ± 500 мкм и приведенной погрешностью 0,02 %, а НТЦ «Ангстрем» Алтай-л<ого филиала ИА РФ поставлены Выксунскому металлургическому заводу два измерителя объема (толщины) пористой металлической ленты Микрон-3 с о абсолютной погрешностью измерения 0,02 г/см .

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались я обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Информационные технологии» и кафедры «Теория электромагнитного поля и электроэнергосбе-эежения» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Толзунова, докладывались на научно-технической конференции «Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов» (г. Барнаул, 1997г.), Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства физических величин» (г. Нижний-Новгород, 1998г.), международном конгрессе хБиоэнергоинформатика» (г. Барнаул, 1998 г.), Международный научно-технический конференции «Датчик-98» (г. Москва), 6-й Всероссийский научно-технической конференции Московского государственного технического уни-зерситета им. Баумана (г. Москва, 1999г.), 57-й научно-технической конферен-дии АлтГТУ (г. Барнаул, 1999г.).

Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, включая рисунки на 12 страницах, состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 115 наименований и приложений.

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы дель и задачи исследований, научная новизна работы, обоснована практическая ценность работы, отражена реализация результатов в народном хозяйстве, формулированы научные положения выносимые на защиту, приведены сведе-шя об апробации работы и публикациях, приведена структура диссертации и 1;ано краткое изложения научного материала по главам.

Актуальность сформулированной проблемы в теоретическом аспекте юдтверждается проведением исследований по планам важнейших научно-[сследовательских хоздоговорных работ, которые выполнялись на основании юстановлений Правительства с Государственным оптическим институтом гм. С.И. Вавилова и Выксунским металлургическим комбинатом.

В первой главе дан краткий анализ основных направлений развития методов и средств для измерения микроперемещений и показано, что наиболее точными средствами для бесконтактного измерения микроперемещений являются лазерные интерферометры. Емкостные приборы, уступая по точности оптическим, имеют более простую конструкцию, меньшие габариты, вес и энергопотребление, причем в них наиболее слабым звеном получения, обработки и использования информации являются первичные измерительные преобразователи. Существующие бесконтактные трехэлектродные и, в частности, П-образные первичные преобразователи, обладающие высокой стабильностью, помехоустойчивостью, повышенной абсолютной чувствительностью, имеют значительную нелинейность статической характеристики.

Во второй главе методом конформных преобразований и непосредственного определения напряженности поля получена точная формула для расчета емкости дополнительного преобразователя, рассчитаны на ЭВМ их численные значения. В результате анализа емкостей П-образного и дополнительного преобразователей определены условия, при которых емкость П-образного преобразователя с дополнительными электродами в зависимости от перемещения характеризуется третьим порядком малости. Проведено исследование погрешности от линеаризации статической характеристики предложенного линейного преобразователя методом наименьших квадратов при номинальных значениях влияющих величин; определены емкости и погрешности от линеаризации предложенного преобразователя с учетом различных влияющих величин.

В третьей главе предложена конструкция преобразователя с современной технологией изготовления, дан расчет и разработана методика проектирования преобразователя, проведены экспериментальные исследования методик расчета, проверено соответствие расчетных моделей реальным конструкциям преобразователей, которые подтвердили правильность полученных в данной работе теоретических результатов, приведен краткий обзор разработанных средств измерения микроперемещений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Краткий анализ основных направлений развития методов и приборов энтроля микроперемещений показал, что емкостные приборы, уступая по точ-ости лазерным интерферометрам, имеют более простую конструкцию, еньшие габариты, вес и энергопотребление.

2. В емкостных приборах контроля наиболее слабым звеном получения, бработки и использования информации являются первичные измеритель-ые преобразователи; существующие бесконтактные трехэлектродные и, в ча-гности, П-образные первичные преобразователи, обладающие высокой ста-ильностью, помехоустойчивостью, повышенной абсолютной чувстви-ельностью, имеют значительную нелинейность статической характеристики.

3. Методом конформных преобразований и непосредственного определе-ия напряженности поля получена точная формула для расчета емкости допол-ительного преобразователя, рассчитаны на ЭВМ ее численные значения.

4. В результате анализа емкостей П-образного и дополнительного преобра-ователей показано, что при достаточно большой высоте 2к потенциальных лектродов по сравнению с расстоянием 21 между ними и отношении длин низ-опотенциальных электродов указанных преобразователей равным 0,5 пре-;ельная нелинейность общей (суммарной) емкости П-образного преобразовате-я с дополнительными электродами в зависимости от перемещения с/ характе-»изуется третьим порядком малости.

5. Исследование погрешности от линеаризации статической характе-»истики предложенного линейного преобразователя, проведенное методом тименыних квадратов при номинальных значениях влияющих величин, пока-ывает, что при отношении /?// =1 и ёП =(0,18 - 0,28) преобразователь имеет тилучшие метрологические характеристики: абсолютную чувствительность

2 = 7,9 пф/м, относительную чувствительность ^ =1,5 и предельную

97 погрешность Ас1/с1= 0,021%.

6. Определены выражения для расчета емкостей и оценены погрешности от линеаризации предложенного преобразователя с учетом различных влияющих величин: а) высоты потенциальных электродов и расстояния между ними; б) ширины потенциальных электродов; в) потенциальных электродов разной высоты; г) смещения потенциального электрода; д) скругления краев электродов; е) высоты экрана; оценено влияние зазоров между потенциальными электродами и экранами на емкость преобразователя.

7. Предложена конструкция преобразователя с изготовлением электродов методом фотолитографии, дан расчет и разработана методика проектирования приборов контроля микроперемещений с приведенной погрешностью равной 0,026 %.

8. Проведены экспериментальные исследования соответствия расчетных моделей реальным конструкциям преобразователей, которые подтвердили правильность полученных в данной работе теоретических результатов.

9. На основе разработанного линейного преобразователя, защищенного патентом на изобретение, Барнаульским ОКБА ПОЛО «Химавтоматика» и НТЦ «Ангстрем» Алтайского филиала ИЛ РФ разработаны, изготовлены и переданы Государственному оптическому институту им. С.И. Вавилова экспериментальные образцы приборов для измерения микроперемещений с приведенными погрешностями 0,02 и 0,1%, а Выксунскому металлургическому комбинату -два измерителя объема пористой металлической ленты.

1. Горбова Г.М. Исследования и разработка бесконтактных трехэлектрод-ных емкостных первичных измерительных преобразователей микроперемещений: Дисс. к-татехн. наук: 05.11.13. - Защищена 25.12.93; Утв. 8.04.94

2. Гриневич Ф.Б., Новик А.И. Измерительные компенсационно-мостовые устройства с емкостными датчиками. Киев: Наукова думка, 1987. - 112 с.

3. Грохольский A.JI., Никулин В.И. О перспективах применения ёмкостных датчиков // Автометрия -1967.- № 1.- С.17-22.

4. Аш Ж. и др. Датчики измерительных емкостей. М.: Мир, 1992. - 480 с.

5. Лелянов Т.Я., ЧуличкинБ.Н. Преобразователь измерительный линейных перемещений фотоэлектрический растровый (ПИЛП-ФР).- Информ. лист. ВНИИМИ,- № 82 1213.- С. 2.

6. Скрыпник С.И. Емкостные средства измерения размеров в машиностроении: Обзор,- М.: ВНИИПИ, 1986.-54 с.

7. Пташенчук Ю.А. и др. Бесконтактный контроль размеров в машиностроении." М.: Машиностроение, 1975 160 с.

8. Тарбеев Ю.В., Герасимов Н.П., Краснов К.А. и др. Проблемы квантовой метрологии малых длин // Исследования в области линейных и угловых измерений,- Л., 1983.-59 с.

9. Ramsay J.V. A rapid-scanning Fabry-Perot interferometer with automatic parallelism control //Appl. Opt.-l 962,-Vol. 1 .-P. 411-413.

10. Smeethe M.J., James J.F. An electronically controlled Fabry-Perot spectrometer // J. Phys. E: Sci. Instrum.-1971.-Vol.4.-P. 429-34.

11. Витушкин Л.Ф., Ивановская М.И., Колосницын Н.И. Лазерно интер-ферометрические гравитационно-волновые антены // Проблемы теории гравитации и элементарных частиц.- М.,1981.- С. 102-111.

12. Цейтлин Я.М. Состояние и перспективы метрологического обеспечения контроля толщины особо тонких покрытий // Дефектоскопия.-1980.- № 6,-С. 78-81.

13. Преснухин JI.H., Шаньгин В.Ф., Шаталов Ю.А. Муаровые растровые положения и их применение.- М.: Машиностроение, 1977.- 150 с.

14. Абрамова Л.Ю., Баратов В.М., Шур В.Л. Аттестация лазерных интерферометров // Измерительная техника. — 1992. № 6. — С. 16-17.

15. Ультрапрецизионное координатное устройство для производства изделий микро- и наноэлектроники / П.И. Госьков, B.C. Серегин, Е.Б. Коротков и др. // Нанотехнология, наноэлектроника и криоэлектроника: Тез. докл. I межд. конф.-Барнаул, 1992.- С. 3-5.

16. Весельев В.Н., Лизунов В.Д., Загарских С.А. Лазерная дифракционная установка для измерения малых линейных размеров // Измерительная техника. 1990.-№ 2 .- С. 19-21.

17. Госьков П.И., Якунин А.Г. Оптоэлектронные преобразователи для автоматизации производственных процессов. Барнаул: АПИ, 1986. 100 с.

18. Госьков П.И. Оптоэлектронные информационные и контрольно-измерительные системы и устройства на основе координатно-чувствительных фотоприемников (КЧФ) // Нанотехнология, наноэлектроника и криоэлектроника: Тез. докл. I межд. конф.- Барнаул, 1992. С. 3-4.

19. Зак Е.А., Кравченко Н.П. Промышленное применение волоконно-оптических датчиков // Измерительная техника,- 1991. № 12. - С. 11-12.

20. Носков В.Я. Анализ автодинного СВЧ датчика для бесконтактного измерения и контроля размеров изделий // Измерительная техника,- 1992. - № 3,-С. 24-26.

21. Приборостроение и средства автоматики / Под ред. А.Н. Гаврилова. В пяти книгах. Кн.1. М.: Гос. научн. техн. изд-во машиностр. лит-ры, 1963. -568 с.

22. Евстигнеев В.В., Горбова Г.М., Хомутов О.И. Параметрические первичные измерительные преобразователи.- М.: Высшая школа, 1997.- 181с.

23. Гриневич Ф.Б., Левицкий А.С., Сурду М.Н. Прецизионные измерители перемещений емкосин.- Киев, 1987.- 44 с. (Препринт ИЭД АН УССР; № 493).

24. Ахметжанов А.А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М.: Энергия, 1975.- 282 с.

25. Бычатин Д. А., Гольфман И .Я. Поворотный индуктосин,- Д.: Энергия, 1969. 100 с.

26. Брагинский В.Б., Полнарев А.Г. Удивительная гравитация (или как измеряют кривизну мира). М.: Наука, 1985. - 160 с.

27. Jones R.V., Richards J.C. The design and some applications of sensitive capacitance micrometers // J. Phys. E:Sci. Instrum.-1973.-Vol.6, № 7.- P. 589-676.

28. Gladwin M.T., Wolfe J. Linearity of capacitance displacement transducer // J. Rev. Sci. Instrum.-1975.-Vol.46, № 8.- P. 1099-1100.

29. Ono sokki. Non-contact thickness metters. Tokio: ONO SOKKI CO. LTD., 1986,-12 p.

30. Huang S.M., Stott A.L.,Green R.G., Beck M.S. Electronic transducers for industrial measurement of low value capacitances /7 J. Phys. E: Sci. Instrum.-1988.-Vol.21, № 4.- P. 242-250.

31. Schaible B. Entwicklung eines kapa-zitiven wegaufnehmers zur untersuchung von Fugenverbindungen // J. Indusrie-Anzeiger.-1975.-Vol.26, № 95.-P. 2026-2027.

32. Schaffer G. A new look at inspectation // J. American Machinist.-1979.-№ 8.-P. 103-126.

33. А.с. 1725070 СССР, МКИ5 в 01 В 7/00. Емкостный датчик микроперемещений / В.Г. Панов (СССР).- № 4822394/28; Заявлено 22.03.90.

34. А.с. 1768942 СССР, МКИ5 С 01 В 7/14. Емкостный измерительный преобразователь /В.П. Ананьев (СССР).- № 4749221/28; Заявлено 16.10.89.

35. А.с. 777400 СССР, МКИ3 в 01 В 7/00, в 01 В 7/30. Емкостный датчик / Л.П. Ульянов (СССР).- № 2708324/18-28; Заявлено 29.12.78; Опубл. 07.11.80, Бюл. № 41.

36. Пат. 2023847 Великобритании, МКИ2 С 01 В 7/12, 1978.

37. Пат. 3812424 США, МКИ4 в 01 В 7/00, 1991.

38. Пат. 2334089 Франции, МКИ3 О 01 В 7/30, 1982.

39. Пат. 2454084 Франции, МКИ3 в 01 В 7/00, 1984.

40. Пат. 2494835 Франции, МКИ3 в 01 В 7/02, 1985.

41. Пат. 1914045 ФРГ, МКИ2 в 01 В 7/00, 1978.

42. Пат. 2137545 ФРГ, МКИ2 0 01 В 7/12, 1980.

43. А.с. 273336 СССР, МКИ О 01 Г 27/26. Емкостный одностронний датчик для исследования твердых диэлектрических материалов / Э.В. Кузьмин (СССР).- № 1291764/18-10; Заявлено 23.12.68; Опубл. 15.06.70, Бюл. № 20.

44. Фот В.П., Горбова Г.М. Измеритель отклонения толщины металлической ленты ИТЛ 2. // Информ. лист. Алт. ЦНТИ. - № 440 - 93. - С. 2.

45. Лежоев Р.С. Расчет емкостей датчиков с плоскопараллельными электродами // Техническая электродинамика 1989. - № 3. - С. 107-110.

46. Горбова Г.М. Расчет частичной емкости трехэлектродного первичного измерительного преобразователя с плоскопараллельными электродами // Электромеханика. 1996. - № 1 -2. - С. 11-14.

47. Евстигнеев В.В., Хомутов О.И., Горбова Г.М. Расчет и проектирование бесконтактного емкостного измерителя микроперемещений // Ползуновский Альманах. 1999,- №2. С. 45-58.

48. Горбова Г.М. Расчет емкости, электрической и магнитной проводимо-стей плоскопараллельных систем.- Барнаул: изд-во АлтГТУ, 1996,- 40 с.

49. А. с. 1755034 СССР, МКИ в 01 В 7/00. Емкостный датчик перемещений / П.И. Госьков, Г. М. Горбова (СССР). № 4811010/28; Заявлено 07.02.90; Опубл. 17.10.90, Бюл. № 235.

50. Горбова Г.М. Аналитические исследования статических характеристик емкостного первичного измерительного преобразователя перемещений // Нанотехнология, наноэлектроника и криоэлектроника: Тез. докл. I межд. конф,- Барнаул, 1992. С. 67-68.

51. Госьков П.И., Горбова Г.М. Расчет емкостного первичного преобразователя микроперемещений плоской заземленной электропроводной поверхности // Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов: Тез. докл.-Барнаул, 1991.-С. 129-130.

52. Горбова Г.М. Измеритель влажности микрокристаллической целлюлозы // Информ. лист. АлтЦНТИ. № 149-95. - С. 2.

53. Горбова Г.М. Расчет емкости копланарного первичного преобразователя для измерения микроперемещения // Измерение, контроль и автоматизация производственных процессов: Материалы IV междун. конф.- Барнаул, 1997.-Ч.2.-С. 100-101.

54. Госьков П.И., Горбова Г.М. Расчет емкости первичного преобразователя микроперемещений // Нанотехнология, наноэлектроника и криоэлектроника: Тез. док. Барнаул, 1992. - С. 172-175.

55. Горбова Г.М. Емкостные приборы на основе первичных измерительных преобразователей микроперемещений // Вестн. АлтГТУ. Ползуновский альманах. 1998. -№ 1. - С. 37-38.

56. Горбова Г.М. Расчет статической характеристики трехэлектродного первичного преобразователя микроперемещений // Ползуновский Альманах.-1998,-№ 1,- С. 37-38.

57. Горбова Г.М. Расчет частичной емкости трехэлектродного П-образного первичного измерительного преобразователя микроперемещений // Электромеханика. №3,- С. 90-91.

58. A.c. 625130 СССР, МКИ2 G 01 В 7/00. Емкостный датчик микроперемещений / В.Г. Панов (СССР).- № 2362164/25-28; Заявлено 17.05.76; Опубл. 25.09.78, Бюл. №35.

59. Горбова Г.М. Расчет статической характеристики первичного измерительного преобразователя микроперемещений объектов // Биоэнергоинформа-тика: Докл. Барнаул, 1998. - С. 259-261.

60. A.c. 1334050 СССР, МКИ4 G 01 L 9/12. Устройство для измерения давления веществ в трубопроводе / А.Л. Грохольский, Д.Г. Конев, С.Д. Тарасенко и др. (СССР).- № 3006764/18-10; Заявлено 20.11.80; Опубл. 30.08.87, Бюл. № 32.

61. Горбова Г.М., Иноземцев A.M. Расчет емкости линейного перекрестного преобразователя микроперемещений // Состояние и проблемы измерений : Тез. докл. 6-ой Всеросс. НТК,- М.: 1999,- С. 22-23.

62. Горбова Г.М., Иноземцев А.М. Расчет электрической емкости одной сложной плоскопараллельной системы // 57-я НТК студентов, аспирантов и преподавателей : Тез. докл.- Барнаул, 1999.-С. 54.

63. Горбова Г.М. Расчет статической характеристики трехэлектродного первичного преобразователя микроперемещений // Вестник Ассоциации Сибирских отд-ний МАЭН.- 1999.- № 1.- С. 43-45.

64. Госьков П.И. , Горбова Г.М. Расчет статической характеристики первичного преобразователя образцового прибора для измерения микроперемещений // Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе: Тез. докл. Барнаул, 1990. - С. 55-56.

65. Иоссель Ю.Я., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. JX: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981.- 288 с.

66. Семёнов Ю. П. О влиянии зазоров на ёмкость конденсаторов с прямоугольным поперечным сечением. // Тр. Метрологических ин-тов,- 1976. № 154-С. 91-100.

67. Lampard D.G. A new theorem in electrostatics with applications to calculable standards of capacitance // Proc. IEEE. 1957,- Vol. 104. - P. 271-280.

68. Пат. 1564727 Великобритании, МКИ4 G 01 В 7/08, 1980.

69. А.с. 989318 СССР, МКИ3 G 01 В 7/08, G 01 В 7/14. Дифференциальный емкостный датчик перемещения / А.Л. Грохольский, С.Д. Тарасенко, А.П. Козлов (СССР).- № 3303626/25-28; Заявлено 18.06.81; Опубл. 15.01.83, Бюл. № 2.

70. Heerens W.C. The solution of Laplace's equation in cylindrical and toroidal configurations with rectangular sectional shapes and rotation symmetrical boundary conditions // J. Appl. Phys. - 1976. - Vol.47. - P. 3740-3744.

71. Heerens W.C., Cuperus B. Hommes R. Analytical formulas for toroidal cross capacitances with rectangular sectional shapes, including gap correction formulas // Delft Progr. Rep. 1979. - Vol. 4. - P. 67-81.

72. Thompson A.M. The cylindrical cross capacitor as a calculable standard // Proc. The Institution of Electrical Engineers. - 1959,- Vol. 2887 M. - P. 307-310.

73. Makow D. A new computable capacitor // Metrología. 1969. - Vol.5. - P. 126-128.

74. Makow D. A new stable capacitor and its application to the measurement of angle // Radio Sci. 1971. - Vol.6. - P. 1-5.

75. Makow D., Campbell J.B. Circular four electrode capacitors for capacitance standarts // Metrología. 1972. - Vol. 8. - P.148-155.

76. Makow D., Campbell J.B. Calculation of the capacitance of a ring capacitor of rectangular cross section with no insulating gaps // J. Of Computational Physics. -1973,-Vol. 12.-P. 137-142.

77. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов / Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. М.: Наука, 1980. - 947 с.

78. Горбова Г.М., Чепуштанов А.А. Методика выравнивания статической характеристики преобразователя прямой линией // Биоэнергоинформатика: Докл. Барнаул, 1998. - С. 247-249.

79. Горбова Г.М., Чепуштанов А.А. Расчет краевой частичной емкости первичного измерительного преобразователя микроперемещений биообъектов // Биоэнергоинформатика: Докл. Барнаул, 1998. - С. 251-258.

80. Горбова Г.М., Чепуштанов А.А. Прецизионные бесконтактные электроемкостные приборы для контроля линейных перемещений.- Барнаул: АлтГ-ТУ, 2000,- 11с. (Препринт №240 2000.

81. Горбова Г. М., Чепуштанов А.А. Исследования нелинейности статической характеристики емкостного первичного измерительного преобразователямикроперемещений // Методы и средства измерений физических величин: Тез. докл. Нижний Новгород, 1998. - С. 17.

82. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A.- Расчет погрешностей емкостного преобразователя микроперемещений // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Тез. докл. Москва, 1998.-С.56.57.

83. Пат. 2147726 RU, МКИ7 GOIB7/14, G 01 Д 5/24, 2000. Емкостный первичный измерительный преобразователь линейных микроперемещений / Г.М. Горбова, A.A. Чепуштанов.

84. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Аналитический расчет сверхлинейного электроемкостного преобразователя микроперемещений // Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов: Материалы IV междун. конф.- Барнаул, 1997.- С. 23-25.

85. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Влияние высоты потенциальных электродов и расстояния между ними на погрешность линейного преобразователя микроперемещений // Состояние и проблемы измерений : Тез. докл. 6-ой Всеросс. НТК.- М.: 1999.- С. 20-21.

86. Струнский М.Г., Горбов М.М. Бесконтактные емкостные микромеры.-Д.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986.- 136 с.

87. Горбова Г.М., Чепуштанов A.A. Влияние разности высот потенциальных электродов на емкость преобразователя микроперемещений //57.я НТК студентов, аспирантов и преподавателей : Тез. докл.- Барнаул, 1999.-С. 51-53.

88. Maxwell J.C.A. A treatise оп electricity and magnetism.- Oxford: The Clarendon Press, 1873.

89. Грохольский A.JT., Горбов М.М., Струнский М.Г. и др. Емкостные первичные измерительные преобразователи диаметра неизолированного микропровода//Измерения, контроль, автоматизация.- 1978.- № 2,- С. 16-23.

90. Duinker S. Short wave lenght response of magnetic reproducing heads with rounded gap edges // Phillips Research Report.- 1961 Vol. 16, № 4.-P. 307-322.

91. Elnekave N. Deux etolons calcules de capacite electrique // Bulletin d' inform. du Bureau Nat. de Metrologie. 1973. Vol. 4, № 13,- P. 3-9.

92. Струнский M. Г., Горбов M. M. Расчёт частичных ёмкостей в одной плоско-параллельной системе электродов // Электричество. 1988.- № 9.- С. 4550.

93. Snow С. Effect of clearance and displacement of attracted disk and also of a certain arrangement of conducting hoops , upon the constant of an electrometer // Bureau of Standards. J. Res.-1928,- Vol. 1, № 4.-P. 513-530.

94. Moon C., Sparks M. Standards for low values of direct capacitance // J. Res. NBS. 1948. - Vol. 41. - P. 497 - 507.

95. Lauritzen J. I. The effective area of a guarded electrode // Ann. Rep. Conf. on Electr. Insul.- 1963.-P. 67-70.

96. Семенов Ю.П. Влияние некомпланарности электродов на емкость конденсатора с охранным кольцом // Исследование в области электрических измерений. Л., 1985. - С. 34-38.

97. Iijima Т. A consideration on the guard ring width of a standard for small capacitance // Дэнки сикэнсё ихо, Bull. Electroteclm. Lab. 1956. - Vol. 20, № 5. -P. 357-361.

98. Iijima 'Г. The effect of the supporter installed in a standard of small capacitance // Дэнки сикэнсё ихо, Bull. Electrotechn. Lab. 1956. - Vol. 20, № 5. -P. 361-364.

99. Чепуштанов А.А. Бесконтактный электроемкостный прибор для контроля пористой ленты.- Барнаул: АлтГТУ, 2000,- 11с. (Препринт № 241 2000.

100. Емкостные средства измерения диаметра протяженных цилиндрических изделий и линейных перемещений / П.П. Гришин и др. // Автоматизация химических производств. М.: НИИТЭХИМ - 1989. - № 4,- С. 34-37.

101. Thomson J. J. Notes on recent researches in electricity and magnetism . -Oxford : The Clarendon Press, 1893.1301. СПРАВКА

102. Приборы прошли ведомственную метролопмескую аттестацию, в них используется емкостный линейный перв^иный ^смертельный преобразователь, разработаштьм Горбовой Г.М и Чепуштановым А А1. СПРАВКА

103. В приборах используется патент на изобретение " Емкостный первичный измерительный преобразователь линейных микроперемещений" № 2147726 RU от 20.04.00 г. авторов Горбовой Г.М. и Чепупгганова A.A.1. А.Ю. Гаврилов1. Л/ч V С* '---Л

104. УТВЕРЖДАЮ •г,^Щектор 1|ТЦ ШГСТРЕМ^1. ЛНГСГРЕЦ.1. В.М.Тищенкод.еядЩ- 11992г. '1. П Р о т о к о лведомственной метрологической:аттестацииизмерителя'объема пористой металлической ленты МИКРОН-3

105. Комиссия провела метрологическую аттестацию приборов в соответс и с техническим заданием. ,

106. Результаты проведенных испытаний 4.1*- Определение основной абсолютной погрешности/п*'б.'2.4.ТЗ/.

107. Определение основной погрешности-проводилось в соответствииетодикой приведенной зз.разделе б технического описания на прибор»1езультатн.испытаний-приведены в. табл.I