Емкостный датчик

 

Изобретение позволяет повысить точность измерения расстояния до объекта или eixj изме нений при использовании емкостного датчика с плоскопараллельными электродами пу тем устранения влияния, перекосов (непараллельности) электродов. Кроме того, оно позволяет получить информацию об-угле перекоса, т.е. об изменении углового положения объекта . Емкостный датчик содержит два противолежащих круговых электрода, один из которых окружен двумя из.олированными один от другого кольцевыми электродами, расположенными концентрически и лежащими в общей плоскости . Имеется также охранный электрод . При работе датчика мерой измеряемого расстояния между электродами датчика является разность частичных емкостей между его двумя круговь{ми электродами и между первым кольцевым и противолежащим круговым электродами. Благодаря соответствующему выбору размеров этих электродов результат измерения не зависит от их перекоса. Разность частичных емкостей двух равных, по площади (центрального кругового и второго кольцевого ) электродов относительно противолежащего кругового электрода является мерой перекоса (непараллельности ) электродов емкостного датчика. 1 шт. . С СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

° СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И>

А1

Ш 4 С 01 в 7/14 // G 01 С 7/б6, G 01 L 9/12

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I

Н АВТОРСКОМУ СОИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3780057/25-28 (22) 10.08.84 (46) 15.05..86. Бюл. № 18 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) Ф.Б.Гриневич и- P.Ñ.Ëåæîåâ (53) 621.317 ° 39:531.71(088„8) (56) Емкостные датчики с несколькими выводами. — Экспресс-информация.

Сер. П и ЭА, 1983,. ¹ 17, с. 8, Емкостный датчик с высокой разрешающей способностью. - Экспрессинформация, сер. КИТ, 1977, № 16, с. 4-5. (54) ЕМКОСТЙЫЙ ДАТЧИК (57) Изобретение позволяет повысить точность измерения расстояния до объекта или его изменений при использовании емкостного датчика с плоскопараллельными электродами путем устранения влияния перекосов (непараллельности) электродов, Кроме того, оно позволяет получить информацию об угле перекоса, т.е. об изменении углового положения объекта. EMKocTFIbtA датчик содержит два противолежащих круговых электрода, один из которых окружен двумя изолированными один от другого кольцевыми электродами, расположенными концентрически и лежащими в общей плоскости. Имеется также охранный электрод. При работе датчика мерой измеряемого расстояния между электродами датчика является разность частичных емкостей между его двумя круговыми электродами и между первым кольцевым и противолежащим круговым электродами. Благодаря соответствующему выбору размеров этих электродов результат измерения не зависит от их перекоса. Разность частичных емкостей двух равных по площади (центрального кругового и второго кольцевого) электродов относительно противолежащего кругового электрода является мерой перекоса (непараллельности) электродов емкостного датчика. 1 ил.

1231396

Яа

С

Ъ-1 где R< и R — внутренний.и внешний радиусы кольцевого элек. трода 3.

Если радиусы R, и Rz в выражениях (1) и (2) равны, то разность ука15 занных емкостей

4 4 °

ГФ 1 z 2 (2R -Ry)sin с6,. с -с = — г» -R )+ - — — - - — — --11

Z-» .- g (.1 Э У (3) 20 кэ

При К -R — —" соотношение (3)

2 4 - упрощается вследствие устранения составляющей, содержащей sin » ., т.е. обусловленной углом » перекоса элек" тродов емкостного датчика. Члены ряда, представленные в выражениях (1) (3) многоточием, имеют, более высокий порядок малости, так как их сумма в

10 15 раз меньше величины члена ря. да, содержащего sin c6. Таким образом, общая погрешность измерения от влияния перекоса уменьшается в несколько раз.

Так как равные по площади электроды (2 и 4), установленные строго па" раллельно относительно общего элек трода 1, имеют одинаковые частичные емкости, то при появлении перекоса (непараллельности) их частичные емкости изменяются неодинаково, так как радиусы этих электродов не равны.

Таким образом, разность частичных емкостей С, и С,:равных по площади ,электродов относительно противолежа-;

45 i щего им электрода 1 является мерой уг-, ла »G перекоса электродов емкостного датчика и может выполнять индикацион.

1 ную функцию измерения угла поворота объекта.

Ф

С --"- (R + — — — — +..., (1) Е» " z R sin ю6 (,, 1 а

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния до объекта контроля с высокой точностью, а также в точных весах и манометрах.

Цель изобретения - повышение точности и информативности контроля путем компенсации погрешности, вызываемой перекосами электродов в емкостных датчиках зазора с плоскопараллель ными электродами, а также путем получения сигналов, информативно связанных с величиной непараллельности (перекоса) электродов датчика.

На чертеже схематично показана конструкция емкостного датчика .для измерения расстояния до объекта.

Емкостный датчик содержит плоский, например, круговой электрод 1, предназначенный для установки на объекте контроля, а также отделенные от него зазором h и размещенные концентрически в общей плоскости центральный круговой электрод 2, изолированные от него и один от другого два кольцевых электрода 3 и 4 и окружающий их внешний заземленный электрод 5, являющийся охранным. Радиус R центрального кругового электрода 2 равен внутреннему радиусу R первого кольцевого электрода 3, внешний радиус R> которого в - Г2 раз превьппает его внутренний радиус R

Площадь второго кольцевого электрода 4 равна площади центрального кругового электрода 2.

При работе емкостного датчика мерой измеряемого расстояния h до объ- екта контроля является разность ча" стичных емкостей С, и С, представляющих собой соответственно емкость между двумя круговыми электродами и 2 и емкость первого кольцевого электрода 3 относительно первого кругового электрода 1, установленного на объекте контроля.

Емкости С, и С,, с учетом непараллельности (перекоса) электродов емкостного датчика определяются следующими выражениями: где E - диэлектрическая проницаемость среды между электродами датчика э . зазор между электродами 1 и 2; радиус центрального кругового электрода 2; угол относительного перекоса электродов 1 и 2, r

Ф

z (R»-Ri) sin а

R R+- — — — — — — -+ (2) г >

Указанные частичные емкости могут быть измерены любым известным методом, например при помощи трансформаторньпс мостов переменного тока.

При этом электроды, не участвующие в процессе измерения, должны быть заземлены. Вычисление разностных значений указанных частичных емкос1231396 екта повышает информативность контроля. тей может быть осуществлено с помощью известных технических средств.

Формула изобретения

Составитель С.Скрыпник

Редактор А.Огар Техред И.Попович ; Корректор;СЛекмар

Заказ 2556/47 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород,:.ул. Проектная, 4

Использование предлагаемого датчика позволяет повысить точность измерения расстояний до объекта путем эффективного снижения зависимости результата измерения от перекосов электродов. При заданной точности измерений использование датчика позволяет расширить допуски на непараллельность электродов (примерно в

5 раз), что упрощает и удешевляет его производство. Возможность контроля непараллельности электродов датчика в процессе изготовления и эксплуатации облегчает технологию его сборки.и поверки, поскольку исключается необходимость непользования сложной вспомогательной аппара-. туры, например лазерных интерферо;метров для измерения углов перекоса электродов. Получение дополнительной.информации об угле поворота обьг

Емкостный датчик расстояния до обьекта, содержащий размещенные концентрически в общей плоскости центральный круговой, первый кольцевой и внешний заземленный электро10 ды, а также противолежащий им плоский электрод, предназначенный для установки на объекте, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности и информативности

15 контроля, датчик снабжен вторым кольцевым электродом, расположенным между первым кольцевым и внешним заземленным электродами, площадь второго кольцевого электрода равна площа20 ди центрального кругового электрода, а внешний рапи с первого кольцевого электрода в 42 раз превьйпает его внутренний радиус, равный радиусу центрального кругового электрода.