Емкостной датчик расстояния до проводящей поверхности
Патент 1413410
Авторы
Классы МПК
Емкостной датчик расстояния до проводящей поверхности
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повьппение точности, помехозащищенности , а также расширение диапазона измерения емкостного датчика расстояния до проводящей поверхности . Датчик содержит концентрически расположенные основной (центральный) 2 и дополнительный 3 и 4 смещенные относительно него на заданные расстояния электроды. Электроды 3 и 4 выполнены с внутренними отверстиями, размеры которых равны внешним размерам предыдущего злектрода. Эталонные смещения в направлении измеряемого перемещения могут быть заданы как толщиной диэлектрических пластин, на внутренней удаленной от контролируемого объекта поверхности которых размещаются эти злектроды, так и величиной диэлектрической постоянной этих пластин. Благодаря этому уменьшаются габариты емкостного датчика и ослабляется влияние краевых эффектов и токов утечки между его электродами . 2 з.п. ф-лы, 5 ил. с (О (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
А2 (51)4 О 01 В 7/08 ?/14
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
8 4. 3 1
60, "а
7 б
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛИМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 922498 (21) 4191368/25-28 (22) 09.02.87 (46) 30.07.88. Бюл. Ф 28 (75) P.Н.Сафин, P.Н.Шакиров и Г.Ç.Хасанов (53) 621.317.39:531.71 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 922498, кл. С 01 В ?/08, С 01 В 7/14, 1978 ° (54) EMKOCTHblA ДАТЧИК РАССТОЯНИЯ ДО
ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности, помехозащищенности, а также расширение диапазона измерения емкостного датчика расстояния до проводящей поверхности. Датчик содержит концентрически
„„SU„„1413410 расположенные основной (центральный)
2 и дополнительный 3 и 4 смещенные относительно него на заданные расстояния электроды. Электроды 3 и 4 выполнены с внутренними отверстиями, размеры которых равны внешним размерам предыдущего электрода. Эталонные смещения в направлении измеряемого перемещения могут быть заданы как толщиной диэлектрических пластин, на внутренней удаленной от контролируемого объекта поверхности которых размещаются эти электроды, так и величиной диэлектрической постоянной этих пластин. Благодаря этому уменьшаются габариты емкостного датчика и ослабляется влияние краевых эффектов и токов утечки между его электродами. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
1413410
Изобретение относится к измерительной технике, является усовершеиствованием основного изобретения по авт.св. У 922498 и может быть использовано для измерения малых пере мещений, зазоров или расстояний до проводящей поверхности, и пример величины торцовых биений, а также скорости или ускорения биений (по вто- 1О рой производной величины биений) вращающихся магнитных дисков информаци» онных модулей накопителей ЭВМ.
Целью изобретения является повышение точности, помехоэащищенности и расширение диапазона измерения емкостного датчика расстояния до проводящей поверхности путем уменьшения влияния поверхностных токов утечки между электродами емкостного датчика, 2О вызванных их загрязнением, а --также путем уменьшения влияния краевых эффектов благодаря более компактному размещению электродов датчика.
На фиг.1 показан емкостный дат- 25 чик, поперечное сечение, на фиг.2— то же, при задании эталонных расстояний между электродами датчика путем выбора диэлектрической постоянной пластин, на которых расположены эти 3Q электроды; на фиг.3, 4 и 5 — разрезы А-А на фиг.1 (формы выполнения основного и дополнительных электродов— в виде круглых дисков, колец, сегментов, круга, квадратов и прямоуголь 35 ников соответственно) .
Емкостный датчик расстояния до проводящей поверхности содержит размещенные в герметичном металлическом корпусе .1, выполняющем функции экра- 4О на, основной измерительный электрод
2 и смещенные относительно него на заданные расстояния 4о„ и дд в направлении измеряемого рабочего перемещения первый 3 и второй 4 дополнитель 45 ные электроды. Число дополнительных электродов может быть в общем случае и больше. Электроды 2-4 размещены на внутренней удаленной от контролируемого объекта 5 поверхности диэлектрических пластин 6-8 соответственно, 5О толщина (фиг. 1) или диэлектрическая постоянная 8 (фиг.2) которых или то и другое одновременно определяют заданные расстояния (смещения) между электродами емкостного датчика в нап«55 равлении измеряемого перемещения (зазора). Первый смещенный электрод 3 охватывает основной (центральный) электрод 2 и имеет отверстие, равное по размерам внешним размерам основного электрода 2, К щщй последующий дополнительный электрод, например 4, выполнен с внутренним отверстием, размеры которого равны внешним размерам предыдущего дополнительного электрода, здесь -. электрода 3 (фиг.3, 4и5).
За счет того, что расстояния между электродами в горизонтальной плоскости практически сведены к нулю, исключается влияние краевого эффекта, что значительно повышает точность измерения.
Наличие диэлектрика (хотя бы с минимальной толщиной dd ) между измерительными электродами датчика и контролируемой поверхностью объекта 5 повышает его помехозащищенность, так как исключается возможность таких загрязнений электродов, которые могут привести к увеличению поверхностных токов утечки между электродами и корпусом датчика или к короткому замыканию электродов с контролируемой деталью и нарушению работы электронной части измерительной. схемы.
При этом обеспечивается одинаковая толщина контролируемого воздушного зазора d между всеми электродами емкостного датчика и контролируемой поверхностью объекта 5.
Еще больше влияние краевого эф" фекта можно уменьшить путем выполнения электродов датчика s виде тонкопленочных электропроводных покрытий.
Емкостный датчик работает следующим образом.
При изменении расстояния от поверхности датчика до контролируемой поверхности, т.е. при изменении зазора d изменяются емкости С,С < и С между каждым из его электродов 2-4 и этой поверхностью согласно следующим математическим выражениям:
Я,. S1
С т
Мф d+4d е
Е1 ЯЬ
Ев 8
Ло +дй d+bde+dd t
Е Eа
Ее Sa, (3) М +дй +М Й Й+ддФ+И i+ad<
Ео Е
141341О
"1 СФ
1 (4) U
4IC2
Ui Пэ (7) 4d o+4d1+ггdЯ !3do+dd1 (U -U ) — — — — — — -{U -U ) — — — — ——
dd!! + ad1 г 1о+ г11+ эг12 где Ер — диэлектрическая прониггаемость вакуума;
Ев — диэлектрическая проницаемость воздушного промежутка между электродами;
f1, Е, ЕЭ вЂ” диэлектрическая проницаемость диэлектрических пластин 6-8 соответственно;
S „, S S — площади каждого из электродов 2-4
dd,М,,ad2 — толщина диэлектрических пластин 6-8 соответственно.
Величины диэлектрической проницаемости пластин Е1, Е2, з могут быть как одинаковыми, так и различными, Таким образом, результат измерения не зависит от диэлектрической проницаемости среды в зазоре, а следовательно, и от изменений температуры, влажности, давления и состава воздушной среды, которые влияют на ее величину.
Дополнительные смещенные относительно основного на заданные расстояния электроды позволяют расширить диапазон и повысить точность измерений. Благодаря тому, что измерительные электроды датчика (основной и смещенные) расположены симметрично, а смещенные электроды охватывают основной, уменьшается влияние изменений угла между направлением измеряемого перемещения и проводящей поверхностью, что повышает точность и расширяет функциональные воэможности датчика.
Задавая величины диэлектрической проницаемости пластин Ь-8 и заданных смещений d d !1, 4 Й „, Л Й2 изменением их толщины, можно дополнительно расширить диапазон и точность измерения.
При этом электроды могут быть смещены один относительно другого в направлении измеряемого перемещения на заданное расстояние, равное толщине соответствующей диэлектрической пластины, или находиться в одной плоскости (фиг.2), что позволяет уменьшить габариты датчика при обеспечении заданной точности измерения.
Вследствие изменения этих емкостей напряжения U„., И, И . на электродах
2-4 датчика равны соответственно:
Ц « ° (б)
1 + 3 где k — коэффициент пропорциональности (н — круговая частота напряжения питания.
В результате измеряемое расстояние — зазор d — определяется следующим выражением:
Формула изобретения
1. Емкостный датчик расстояния до проводящей поверхности по аггт.св.
Р 922498, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, первый смещенный дополнительный электрод выполнен с внутренним отверстием, равным по размерам внешним размерам основного электрода, а каждый последующий дополнительный электрод выполнен с внутренним отверстием, равным по размерам внешним размерам предьгдущего дополнительного электрода.
2. Датчик по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения помехозащищенности, расстояния между
45 основным и дополнительными электродами в направлении измеряемого перемещения пропорциональны толщине диэлектрических пластин, на внутренней, удаленной от контролируемого объекта поверхности которых размещены соответствующие электроды.
3. Датчик по пп.1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что расстояния между основным и дополнительными электродами в направлении измеряемого перемещения пропорциональны величине диэлектрической иостоян!гой пластин, на которых размешены эти электроды.
1413410 фиг. 2
А- А фиг. 3
А-4
143 3410
Составитель С.Скрыпник
Техред Л.Сердюкова
Редактор А.Маковская. Корректор М.йароши
Тираи 680 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 3782/41
Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4