Емкостный дифференциальный датчик перемещений

Емкостный дифференциальный датчик перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель - упрощение конструкций емкостного дифференциального датчика перемещений, последний содержит секционированные потенциальный, токовый и экранирующий электроды, размещенные на обращенных одна к другой поверхностях трех диэлектрических пластин, установленных параллельно одна другой с возможностью линейного или углового перемещения одной из них относительно двух других, между которых она установлена. Упрощение конструкции датчика при сохранении его точности обеспечивается за счет уменьшения количества отверстий в диэлектрических пластинах, благодаря выполнению межсекционных электрических соединений токового и потенциального электродов в тех же плоскостях, что и секции соответствующих электродов. Эти соединения между секциями токового электрода, объединенными в две группы и расположенными на внутренних поверхностях неподвижных пластин, выполнены в виде двух пар концентрических соединительных проводников разного диаметра, с разных сторон непосредственно примыкающих к соответствующим секциям токового электрода. Соединения между секциями потенциального электрода, также объединенными в две группы, которые размещены с противоположных сторон подвижной диэлектрической пластины, выполнены в виде двух пар концентрических проводников другого диаметра, присоединенных к соответствующим секциям через радиальные отводы от углов этих секций. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (qi) 4 Г 01 В 7/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4358848/25- 8 (22) 05.01.88 (46) 30.08 89, Бюл. к- .-32 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) Ф.Б.Гриневич, А,С.Левицкий, M,Í,Ñóðäó и З.А.Зацеркивный (53) 621.317.39:531.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 - 1252653, кл. G 01 В 7/00, 1985.

I (54) ЕМКОСТНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ

ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к изме.рительной технике. Цель — упрощение конструкций ел1костного дифференциального датчика перемещений. Последний содержит секционированные потенциальный, токовый и экранирующий электроды, размещенные на обращенных одна к другой поверхностях трех диэлектрических пластин, установленных параллельно одна другой с возможностью линеиного или углового перемещения одной из них относительно двух других, между которых она установлена. Упрощение конструкИзобретение относится к измерительной технике и позволяет измерять перемещения в различных областях машиностроения.

Цель изобретения — упрощение конструкции емкостного дифференциального датчика перемещений при снижении трудоемкости и стоимости его изготовления за счет соответствующего вы„„SU„„ I 504493 А 1 ции датчика при сохранении его точности обеспечивается за счет уменьщения количества отверстий в диэлектрических пластинах, благодаря выполнению межсекционных электрических соединений токовог< и пот ндпа.пьног< эдектродов в тех же плоскостях,что и секции соответствующих электродов.

Эти соединения между секциями токового электрода, объединеннь|ми в две группы и расположенными на внутренних поверхностях неподвижных ппастин, выполнены в виде двух пар концентрических соединительных проводников разного диаметра, с разных сторон непосредственно примыкающих к соответствующим секциям токового электрода, Соединения между секциями потенциального электрода, также объединенными в две группы, которые размещены с противоположных сторон подвижной диэлектрической пластины, выполнены в виде двух пар концентрических проводников другого диаметра, присоединенных к соответствующим секциям через радиальные отводы от углов этих секций. 3 ил„ полнения межсекционных соединений между его электродами.

На фиг. 1 показан схематично емкостный датчик, поперечное сечспие; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1, лектроды датчика, предназначению. л гч измерения угловых перемеще ний; па фиг. 3 — вид Б на фиг. 1 при у-п п3 150449 но прозрачных диэлектрических пластинах.

Емкостный дифференциальный датчик перемещений содержит электричес5 ки соединенные через одну секции 1 и 2 потенциального электрода, которые образуют две группы, размещенные на противоположных плоскопараллельных сторонах диэлектрической 1О пластины 3, установленной с возможностью перемещения между двумя неподвижными диэлектрическими пластинами 4, на внутренних сторонах которых, обращенных к группам секций

1 и 2 потенциального электрода, расположены секции 5 и 6 токового электрода, электрически соединенные через одну и также образующие две группы секций. Ширина и расстояние 20 между секциями потенциального электрода выполнены равными ширине секций токового электрода и равны а .

Секционпрованный экранирующий электрод, соединенный с общей точкой 25 прибора, имеет секции 7 с такой же шириной o., как и секции 1,2 потенциального илп 5-6 токового электродов, и размещены на подвижной пластине 3 между секциями 1 и 2 потел- 30 цпального электрода. Группы "екций

1 и 2 потенциального (или 5-6 токового электродов) смещены одна от|осительно другой на половину ширины их секций, т.е. на а /2, В варн;..нте исполнения (не показан) секции потенциального электрода могут быть размещены на неподвижных пластинах 4, а секции токового электрода — на подвижной пластине 3. Секции 5 — 6 40 токового электрода соединены на пластинах 4 при помощи концентрических соедшштельных проводников 8. 18.4. Проводники непосредственно прилегают к соединяемым секциям то- 45 кового электрода, а их радиусы R, и R равны соответственно внешнему и внутреннему радиусам этих секций.

На поверхность пластин 4 за пределами секций 5-6,токового электрода и примыкающих к ним проводников

8.1 — 8,4 нанесено экранирующее пок- рытие 9.

Секции потенциального электрода на обоих сторонах подвижной пластины 3 соединены при помощи концентрических проводников 10.1 — 10.4.

Радиусы R проводников 10.1 и 10.3 меньше соответствующих радиусов R, В начальном поло, кении датчика правый край секции 1 потенциального электрода удален от пинии раздела секций токового электрода на 1/4 часть ее ширины. Секция 2 потенциального электрода в этом положении заземлена. При линейном (х) или угловом (ОС) перемещении потенциального электрода емкость С между секциями 1 потенциал.:ного электрода и секциями 5 токового электрода уменьшается, а емкость С< между их секциями 2 и 6 увеличивается. Добавочной частью в емкостях С< и С, зависящей от площади взаимного пере -.рытия этих электродов, является емкость Д С, обусловленная площадью ортогональных проекций радиальных отводов 11.1 и 11.2 на плоскость токового электрода. При реализации в блоке преобразования сигналов (не показан), подключаемом к груггпам секций 5-6 токового электрода, С<- С функции имеющей вид о = — — — а

Ф

С + С г (где o(— измеряемое, например, угловое перемещение), с учетом указанных добавочных емкостей g С получаем следующую зависимость

+ ДС вЂ” (С + ДС) а

+ ДС + С +ДС

С а

+ 2ДС 2

С

oL—

С

С<

С,+С

Так как величина !С малая и практически неизменная, то она не будет вносить погрешности в результат измерения, поскольку лишь уменьшает

3 4 проводников 8.1 и 8.3, а радиусы R4 проводников 10.2 и 10,4 — больше радиусов R< соединительных проводников 8.2 и 8.4 между секциями 5-6 токового электрода. Секции 1-2 потенциального электрода присоединяются к соответствующим концентрическим проводникам 10.1 — 10.,4 при помощи радиальных отводов 11,1 — 11,4 от углов этих .секций„ Ширина соединительных проводников 8,1 — 8.4 между секциями токового электрода, а также ширина радиальных отводов

11.1 — 11.4 равна g, причем b, (с ц

Емкостный дифференциальный датчик перемещений работает следующим образом.

15

5 15044 крутизну функции преобразования датчика.

Концентрические проводники 10.1

10.4 на потенциальном электроде не

5 вносят добавок в величину емкости

С и С, так как они заэкранированы металлизировапным экранирующим покрытием 9„

При достижении секций 1 потенциального электрода положения, когда ее правый край не доходит на

1/4 ширины секции до следующей линии раздела токового электрода секция 1 заземляется и аналогичным образом изменяется емкость между секциями

? потенциального электрода и секциями б и 5 токового электрода. Аналогично вышеописанному происходит компенсация влияния дополнительных 20 емкостей ЬС, обусловленных проекцией радикальных отводов !1.3 и 11.4 на плоскость секций токового электрода.

При дальнейшем изменении величи- 25 ны углового перемещения М.(или линейного перемещения X ) измерение вновь ведется по группе секций 1 потенциального электрода и т.д.

Таким образом, весь диапазон из- 30 меряемых перемещений, равный 2а, оказывается разбитым HB четыре поддиапазона, внутри каждого из которых измерение осуществл тся так, что край секции потенциального элек35 трода не подходит к краю секции токового электрода ближе, чем на 1/4 часть ее ширины. Поэтому радиальные отводы от секций потенциального электрода, расположенные в углах, ока- 40 зываются максимально удаленными от линий раздепа токового электрода, что снижает влияние краевого эффекта на результат измерения.

Благодаря описанному выполнению межсекционных электрических соединений электродов емкостного датчика устраняется необходимость выполнения внешних выводов на обратную сторону (или торцы) диэлектрических пластин от каждой секции потенциального электрода. Внешние выводы делаются только от концентрических проводников, соединяющих эти секции.

Обычно электроды изготавливаются ме55 тодом напыления тонких проводящих пленок на диэлектрические пластины (стекло, керамику, ситалл). Чтобы сделать внешние выводы, необходимо данный диэлектрик просверлить, что трудоемко. !!оскольку количество секций для датчиков такого типа может достигать десятков и сотен, то соединение секций при помощи концентрических проводников в плоскости самих секций позволяет немного уменьшить количество отверстий для выводов, что снижает трудоемкость и стоимость изготовления емкостного датчика.

Точность измерения при этом не снижается.

Формула и з о б р е т е н и я

Емкостный дифференциальный датчик перемещений, содержащий две неподвижные диэлектрические пластины и установленную в зазоре между ними с возможностью перемещения вдоль их поверхности третью пластину, размещенные на них секционированные потенциальный, экранирующий и токовый электроды, ширина д секций которых одинакова, секции потенциального и токового электродов размещены на обращенных одна к другой поверхностях диэлектрических пластин и объединены с помощью межсекционных электрических соединений в группы, смещенные одна относительно другой на половину ширины одной секции, а секции экранируюшего электрода размещены в промежутках между секциями потенциального электрода, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрошения конструкции при снижении трудоемкости и стоимости его изготовления, межсекционные электрические соединения токового и потенциального электродов расположены в тех же плоскостях, что и секции соответствующих электродов, и выполнены в виде двух пар концентрических проводников, примыкающих к секциям токового электрода, и двух пар концентрических проводников, присоединенных к секциям потенциального электрода через радиальные отводы от углов этих секций, ширина А концентрических соединительных проводников, примыкающих к секциям токового электрода, а также радиальных отводов от углов секций потенциального электрода выбрана из условия g cz o а на участки поверхности диэлектрических пластин за пределами секций токового электрода и концентрических соединительных проводников между ними нанесено экранирующее покрытие.

1504493

Фиг. 1

87 XaZ

Фиа g

Видб.

Составитель С. Скрыпник

Техред H.Иоргентал Корректор M. ц!ароши

Редактор А. Долинич

Заказ 5240/41 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Гауиская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101