Емкостный преобразователь перемещений

Емкостный преобразователь перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование в контрольно-измерительной технике, в составе систем автоматического контроля и управления положением обьектов сложной многоэлементной конструкции , например составного зеркала телескопа Цель: расширение функциональных возможностей емкостного преобразователя перемещений путем обеспечения измерения также и угловых смещений Сущность изобретения: преобразователь, содержащий два основания с нанесенными в средней части группами полосовых электродов, снабжен двумя парами прямоугольных электродов, расположенных симметрично на краях оснований На одном основании полосовые электроды расположены одна от другого на расстоянии, по крайней мере равном их ширине, и электрически соединены между собой На втором основании расположено в два раза больше полосовых электродов и они через один соединены между собой Положительный эффект: увеличение количества получаемой информации об объекте измерения, снижение вторичного влияния преобразователя на объект измерения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4841734/28 (22) 25.06.90 (46) 23.12.92. Бюл. N. 47 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) A,С,Левицкий, А.А.Труш ко, А.Е,Лабузов, А,И,Новик и В,И.Сидоров (56) Гриневич Ф.Б. и др. Влияние перекоса электродов дифференциального емкостного датчика на точность измерения перемещений, Техническая электродинамика, 1985, )Ф

3, с.76 — 79.

Авторское свидетельство СССР

N. 1250836, кл. G 01 В 7/00, 1985. (54) ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Использование: в контрольно-измерительной технике, в составе систем автоматического контроля и управления положением объектов сложной многоэлементной конструкции, например составного зеркала телеИзобретение относится к контрольно-из- . мерительной технике и может быть использовано в составе систем автоматического контроля и управления положением объектов сложной многоэлементной конструкции, например, составного зеркала телескопа.

Известны емкостные преобразователи смещения (1), в которых изменение измеряемой величины (линейного перемещения) приводит к дифференциальному изменению зазоров и, как следствие, емкостей двух конденсаторов преобразователя. К недоcf àòêàì таких преобразователей можно отнести подверженность их параметров влиянию внешней среды (в частности, температуры), а также возможность проведе„„. Ж„„1783285 А1 скопа. Цель: расширение функциональных возможностей емкостного преобразователя перемещений путем обеспечения измерения также и угловых смещений, Сущность изобре-. тения: преобразователь, содержавший два основания с нанесенными в средней части группами полосовых электродов, снабжен двумя парами прямоугольных электродов, расположенных симметрично на краях оснбваний, На одном основании полосовые электроды расположены одна от другого на расстоянии, по крайней мере равном их ширине, и электрически соединены между собой. На втором основании расположено в два раза больше полосовых электродов и они через один соединены между собой. Положительный эф- . фект: увеличение количества получаемой информации об объекте измерения, снижение вторичного влияния преобразователя на объект измерения, 4 ил.

Ф ния измерений только по одной координате.

Последнее снижает функциональные возможности преобразователей, приводит к необходимости увеличения их количества в составе системы автоматического управления формой сложного объекта, к увеличению весогабаритных параметров объекта и ухудшению динамических характеристик системы. . Наиболее близким данному устройству по технической сущности и достигаемому результату является емкостный преобразователь линейных перемещений (2), содержащий два диэлектрических основания, установленные с возможностью линейного перемещения одного относительно другого, 1783285 размещенные на взаимно обращенных поверхностях оснований одна напротив другой группы полосовых электродов, которые разделены между собой параллельными изоляционными зазорами, и экранирующее металлическое покрытие, нанесенные на участки поверхностей оснований, свободные. от электродов. Однако такой преобразователь сохраняет недостаток, связанный с возможностью измерения перемещения только по одной коордйнате-линейной, что сужает его функциональные возможностй.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей емкостного преобразователя перемещений путем обеспечения измерения также и угловых смещений.

Поставленная цель достигается тем, что емкостный преобразователь перемещений, содержащий два диэлектрических основания, установленные с возможностью линейногб перемещения одного относительно другого, размещенные на взаимно обращенных поверхностях оснований одна напротив другой группы полосовых электродов, которые разделены между собой параллельными избМяцйойными "зазорами, и экранйрующее металлическое покрытие, нанесенное на участки поверхностей оснований, свободные от электродов, дополнительно снабжен двумя парами прямоугольных электродов, закрепленных попарно на краях обоих оснований взаимно симметрично относительно групп полосовых электродов. размеры одного иэ электродов в каждой паре превышают разме ры второго электрода, полосовые электроды на одном из оснований размещены на расстоянии один от другого, равном по крайней мере их ширине, и электрически соединены между собой, а полосовые электроды на другом основании, количество которых вдва раза превышает количество полосовых электродов на первом основании, соединены между собой через один, образуя две группы.

На фиг.1 изображена конструкция емкостного преобразователя перемещений; на фиг,2 — вид по стрелке А; на фиг.3 — вид по стрелке Б; на фиг.4 — расположение преобразователя на контролируемом объекте.

Емкостный преобразователь перемещений(фиг.1) содержит два диэлектрических основания 1 и 2, на взаимно обращенных друг к другу поверхностях которых размещены полосовые электроды 3-11, разделенные изоляционными зазорами На краях оснований расположены прямоугольные электроды 12-15.

Посредством металлизированных отверстий

16 осуществляется соединение электродов со вторичным измерительным преобразователем, а с помощью нанесенных на внешней стороне оснований дорожек 17 — осуществляется их соединение между собой, Остальные участки поверхностей оснований, обращенные друг к другу, выполнены с металлическими экранирующими покрытиями

18, 19. При этом полосовые электроды на одном из оснований расположены на рас-. стоянии один от другого, равном по крайней мере их ширине, и электрИчески соединены между собой (фиг.2), а полосовые электроды на другом основании, количество которых в два раза превышает количество полосовых электродов на первом основании, соединены между собой через один (фиг.3).

Таким образом, каждая группа из трех

15 полосовых электродов (например, электроды

3, 4, 5) образуют собой дифференциальный конденсатор с переменной активной площадью перекрытия электродов, два емкости

20 которого дифференциально изменяются при линейном взаимном перемещении оснований 1 и 2 преобразователя вдоль оси X.

Параллельное включение N таких конденсаторов позволяет в N раз увеличить чувствительность преобразователя по линейному перемещению. Конденсаторы, образованные прямоугольными электродами 12, 14 и 13, 15 позволяют измерять угол наклона р между основаниями 1 и 2 (фиг.4).

30 Емкостный преобразователь работает следующим образом.

При отсутствии относительного линейного смещения и взаимного наклона оснований

1 и 2 преобразователя, установленного на

35 контролируемом объекте, емкости С> и С между электродами 4 — 3 и 5-3 равны между собой и определяются из упрощенного выражения:

la

C1 = C2=е,е —. выражение:

Сз = C4= еоб $/d (2) где $ — активная площадь перекрытия электродов. гдето -диэлектрическая проницаемость вакуума (8,854 10 Ф /м);

45 е, — относительная диэлектрическая проницаемость среды между электродами;

l — длина полосового электрода (перпендикулярно оси X); а — ширина полосового электрода (вдоль

50 оси Х);. б — расстояние между поверхностями электродов.

Для емкостей Сз и С4 между электродами 12 — 14 и 13-15 в этом случае справедливо

1783285

P > = Л С = N eo Е Ix/d . (3)

При наличии взаимного угла наклона между основаниями изменяются емкости

Сз и С4, Если ось вращения проходит.по середине между основаниями (что упрощает выкладки, но не накладывает строгих ограни- 30 чений на конструкцию преобразователя при диапазоне измеряемых углов до единиц угловых минут), можно принять, что o rS

С d — bp С d+bp (4) где Ь вЂ” расстояние между серединой основания (осью вращения) и серединой прямоугольного электрода, 40

Погрешности, вызванные непараллельностью электродов конденсаторов, для указанного диапазона измерения угла наклона пренебрежимо малы, поэтому выходной na-.

Приведенные выражения справедливы при выполнении нескольких условий, а именно: расстояние d e несколько раз превышает значение изоляционных зазоров между электродами и в несколько раз меньше ширины 5 полосовых электродов и экранирующих участков вокруг них, Кроме того размер высокопотен циал ьных электродов в конденсаторах.

Сз и С4 должен быть несколько больше размера низкопотенциальных, определяющих 10 активную площадь перекрытия электрОдов, чтобы при относительном смещении оснований 1 и 2 преобразователя вдоль оси Х значение S не изменялось.

В результате взаимного смещения эле- 15 ментов объекта и, соответственно, оснований 1 и 2 преобразователя емкость Cj увеличивается, а Cz уменьшается. Поскольку выходной параметр Р> преобразователя по линейному перемещению 20 пропорционален разности емкостей С и Cz, а таких конденсаторов N, то раметр Рр преобразователя по угловому перемещению определяется из выражения;

Сз — Cn Ь

С +С4 dw (5)

Таким образом, предложенный емкостный преобразователь перемещений. сохраняя высокие метрологические характеристики прототипа, позволяет измерять как взаимное линейное перемещение двух элементов сложного объекта, так и угол наклона между ними.

Формула изобретения

Емкостный преобразователь перемещений, содержащий два диэлектрических основания, установленные с возможностью линейного перемещения одного относительно другого, размещеннйе на взаимно обращенных поверхностях оснований одна напротив другой группы полосовых электродов, которые разделенй между собой параллельными изоляционными зазорами, и экранирующее металлическое покрытие. нанесенное на участки поверхностей оснований, свободные от электродов. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения также и угловых смещений, он снабжен двумя парами прямоугольных электродов, закрепленных попарно на краях обоих оснований взаимно симметрично относительно групп полосовых электродов, размеры одного из электродов в каждой паре превышают размеры второго электрода, полосовые электроды на одном из оснований размещены на расстоянии один от другого, равном по крайней мере их ширине, и электрически соединены между собой, а полосовые электроды на другом основании, количество которых в два раза превышает количество полосовых электродов на первом основании, соединены между собой через один, образуя две группы.

1783285

Фиг. Ф

Составитель АЛабуэов

Техред. М,Моргентал Корректор О,Кравцова

Редактор

Заказ 4505 Тираж Подписное

ВНОИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

+ — д 18

Б А

Ы ла стрелке А Зид ло emneweЯ фиг. Л. Ф - .