Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью расширение диапазона измерений при сохранении линейности и однозначности функции преобразования дифференциального емкостного датчика угловых перемещений , ПОДВИЖНЕЙ электрод 1 которого выполнен в форме остроугольного сектора , а неподвижные электроды 2. и 3 ограничены изнутри окружностью с центром , лежащим на оси 6 вращения подвижного электрода. Неподвижные электроды отделены один от другого изоляционным промежутком в виде плоской спирали 7, концы которой лежат соответственно на внутренней 4 и внешней 5 окружностях, ограничивающих неподвижные электроды, и участком 10 в виде отрезка, соединяющего концы 8 и 9 этой спирали, лежащие на одной прямой с центром указанных окружностей . При вращении подвижного электрода 1 вокруг оси 6, перпендикулярной его плоскости, происходит изменение площади взаимного перекрытия этого электрода и неподвижных электродов 2 и 3. Благодаря спиралевидной форме изоляционного промежутка между неподвижными электродами 2 и 3, описьшаемой соответствующим математическим выражением, происходит однозначное линейное изменение частичных емкостей между ними и подвижным электродом датчика. 1 з.П. ф-лы. 2 ил. с S (Л со ю со 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5и 4 С 01 В 7/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4072145/25-28 (22) 05.03.86 (46) 15.07.87. Бюл. ¹ 26 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) Ф.Б.Гриневич, В.В.Кисляковский, Н.A.Ôåùåíêî, П.И.Борщев, P.Ñ.Ëåæîåâ и В.Е.Авдеев (53) 621. 31 7. 39: 531. 71 (088, 8) (56) Ацюковский В.А. Емкостные преобразователи перемещений. М. — Л.:

Энергия, 1966, с. 280. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью расширение диапазона измерений при ñîõðàнении линейности и однозначности функции преобразования дифференциального емкостного датчика угловых перемещений, подвижный электрод 1 которого выполнен в форме остроугольного сектора, а неподвижные электроды 2.и 3 ограничены изнутри окружностью с цент„„ЯО„„1323850 д1 ром, лежащим на оси 6 вращения по= двнжного электрода. Неподвижные электроды отделены один от другого изоляционным промежутком в виде плоской спирали 7, концы которой лежат соответственно на внутренней 4 и внешней 5 окружностях, ограничивающих неподвижные электроды, и участком 10 в виде отрезка, соединяющего концы 8 и 9 этой спирали, лежащие на одной прямой с центром указанных окружностей. При вращении подвижного электрода 1 вокруг оси 6, перпендикулярной

pro плоскости, происходит изменение площади взаимного перекрытия этого электрода и неподвижных электродов 2 и 3. Благодаря спиралевидной форме изоляционного промежутка между неподвижными электродами 2 и 3, описываемой соответствующим математическим выражением, происходит однозначное линейное изменение частичных емкостей между ними и подвижным электродом датчика. 1 з.п. ф-лы. 2 ил.

1 132385

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении угловых перемещений, например, рабочих органов роботов или станков-автоматов в диапазоне от 0 до 360©.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения при сохранении линейности функции преобразования за счет соответствующего профилирования электродов емкостного датчика.

На фиг. l изображен дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений, продольное сечение; на фиг. 2 — то же, вид сверху.

Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений содержит плоский подвижный электрод 1, имеющий форму сектора круга с острым углом при вершине, и два неподвижных электрода 2 и 3, расположенных в плоскости, параллельной плоскости подвижного электрода.

Неподвижные электроды 2 и 3 ограничены изнутри и снаружи окружностями 4 и 5 с центром, лежащим на .оси б вращения подвижного электрода, перпендикулярной его плоскости и прохо-дящей через вершину сектора. Изоляционный промежуток, отделяющий неподвижные электроды 2 и 3 .один от другого, выполнен в виде плоской спирали 7, концы 8 и. 9 которой лежат соответственно на внутренней 4 и внеш ней 5 окружностях, ограничивающих неподвижные электроды, и имеет прямолинейный участок 10 в виде отрезка, соединяющего концы 8 и 9 спирали 7.

Для получения линейной функции преобразования необходимо, чтобы радиус R<Ä плоской спирали, разделяющей нейодвижные электроды 2 и 3, описывался, например, следующим математическим выражением

К = Кг+(Кг Кг)

3 45

2Т " (1) где R и К вЂ” радиусы соответственно

1 внутренней и внешней окружностей, ограничивающих неподвижные 50 электроды;

8 — угловая координата точки спирали, в которой определяется ее радиус, изменяющаяся в диапазо- 55 не от 0 до 2 .

Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений работает следующим образом.

0 2

При изменении углового положения подвижного электрода 1, вращающегося относительно своей вершины в плоскос-! ти„параллельной плоскости неподвижных электродов 2 и 3, происходит изменение площади их взаимного перекрытия. Так как неподвижные электроды ограничены концентрическими окружностями, центр которых лежит на оси вращения подвижного электрода, то сумма активных площадей неподвижных электродов и сумма частичных емкостей

С „ и С „ между соответствующими электродами датчика сохраняет свое значение независимо от углового положения о подвижного электрода 1.

Перемещение подвижного электрода 1 благодаря спиралевидной форме границы раздела между неподвижными электродами 2 и 3 приводит к однозначному увеличению одной частичной емкости за счет уменьшения другой, что определяет дифференциальный закон изменения частичных емкостей в датчике с переменной активной площадью электродов. Монотонность изменения частичных емкостей, а следовательно, и функции преобразования нарушается только в случае, когда подвижный электрод находится над прямолинейным участком 10, разделяющим неподвижные. электроды 2 и 3. Поэтому диапазон измеряемых при помощи предлагаемого датчика перемещений равен (27-y), где у- угол при вершине сектора подвижного электрода 1, который реаль-о но может составлять 300-350

При включении емкостного датчика в схему измерения, например мосТовую или компенсационно-мостовую измерительную цепь, реализующую одну из следующих функций Р преобразования, 1 где i=1,2,3:

С -С l-1 Ь-1

С 1+ >»1

Т-1

= — — — — — 9 2 С +С

3-1

Ст-1 CЗ-1 получают линейную зависимость выходного сигнала от измеряемого углового перемещения, инвариантную к значению диэлектрической проницаемости среды, зазору между электродами и температурным изменениям их активной площади.

Использование предлагаемого дифференциального емкостного датчика (по

4 подвижного электрода, и отделены один от другого изоляционными промежутками в виде плоской спирали, концы которой лежат на внутренней и внешней окружностях, ограничивающих неподвижные электроды, и прямолинейного отрезка, соединяющего концы этой спирали, которые расположены на одной прямой с центром окружностей. Составитель С.Скрыпник

Редактор А. Ревин Техред Л. Олийнык Корректор С.Шекмар

Заказ 2953/43 Тираж б 77 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 сравнению с известными) позволит почти вдвое расширить диапазон измеряемых угловых перемещений при сохранении линейности характеристики преобразования. 5

Формула изобретения

1. Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений, содержащий f0 плоский подвижный электрод, имеющий форму сектора круга и установленный с возможностью вращения вокруг осн, перпендикулярной плоскости этого электрода и проходящей через вершину f5 сектора, два неподвижных электрода, расположенных в плоскости, параллельной плоскости подвижного электрода, и ограниченных снаружи окружностью .с центром, лежащим на оси вращения 20 подвижного электрода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, подвижный электрод выполнен с острым углом при вершине сектора, а неподвижные элект-25 роды ограничены изнутри окружностью с центром, лежащим на оси вращения

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения линейности характеристики преобразования, радиус R,„ плоской спира ли определяется выражением

У+(R -У )—

2 э

1 где Н„ и Н вЂ” радиусы внутренней и внешней окружностей, ограничивающих неподвижные электроды;

p — угловая координата точки спирали, в которой определяется ее радиус, изменяющаяся в диапазоне от 0 до 27.