Емкостный дифференциальный датчик перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности, упрощение конструкции и уменьшения габаритов емкостного дифференциального датчика с секционированными экранирующим, потенциальным и токовым электродами. Секции токового электрода размещены на внутренней стороне одной плоскости диэлектрической пластины, а секции потенциального электрода размещены на внутренней стороне другой плоской диэлектрической пластины, установленных с возможностью плоскопараллельного перемещения. Расположение секций электродов в одной плоскости повышает точность их изготовления. Секции потенциального электрода образуют группы, электрически соединенные через одну и содержащие K секций, где 1≤K≤N/2, а N - общее количество секций потенциального электрода, которое должно быть четным. Секции экранирующего электрода, разделяющие группы секций потенциального электрода, имеют поочередно ширину, равную 0,5 и 1,5 ширины секций токового и потенциального электрода. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sg 4 С 01 В 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4358861/25-28 (22) 05.01.88 (46) 23.10.89. Бюл. N 39 (71) Институт электродинамики АН УССР и Производственное объединение "Завод

Арсенал" (72) А.С.Левицкий, И.Н.Сурду, А.Б.Камелин, И.П.Забудский, Б. Г.Бабенко и C.À.Áàáàñêèíà (53) 621.317.39:531.71 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1252653, кл. G 01 В 7/00, 1985. (54) ЕМКОСТНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности, упрощение конструкции и уменьшение габаритов емкостного " дифференциального датчика с секционированными экранирующим, потенциальным и токовым электродами. Секции токовоИзобретение относится к измерительной технике и позволяет измерить перемещения в различных областях машиностроения.

Целью изобретения является повышение точности, упрощение конструкции и уменьшение габаритов емкостного дифференциального датчика перемещений с секционированными электродами.

На фиг.! показана схематично конструкция емкостного датчика и электрическая схема его межсекционных соединений при произвольном количестве К секций потенциального электрода в каж„„Я0„„1516748 А 1

2 го электрода размещены на внутренней стороне одной плоскости диэлектрической пластины, а секции потенциального электрода размещены на внутренней стороне другой плоской диэлектрической пластины, установленных с возможностью плоскопараллельного перемеще ния. Расположение секций электродов в одной плоскости повышает точность их изготовления. Секции потенциального электрода образуют группы, электрически соединенные через одну и содержащие К секций, где 1< К сп/2, а и — общее количество секций потенциального электрода, которое должно быть четным. Секции экранирующего Я электрода, разделяющие группы секций потенциального электрода, имеют поочередно ширину, равную 0,5 и 1,5 ширины секций токового и потенциального электрода. 2 ил. дой из его групп; на фиг.2 - то же, при К=2. >Д

Емкостный дифференциальный датчик ( перемещений содержит электрически соединенные через одну секции 1, 2 токового электрода, размещенные на поверхности плоской диэлектрической пластины 3, обращенной к поверхности второй плоской диэлектрической пластины 4, на которой размещены лектрически соединенные через одну группы секций

5.1...5K и 6.1...6К потенциального электрода, где К - количество секций потенциального электрода в каждой

1516748 группе. Величина К должна выбираться из условия 1 < К «(n/2,ãäå и — общее количество секций потенциального электрода, которое должно быть четным. При выполнении этого условия и

5 при четном общем количестве групп потенциального электрода обеспечивается равенство суммарных дифференциальных емкостей при работе датчика на различных поддиапазонах контролируемого перемещения, полный диапазон которого равен 2а,. где а - ширина секций потенциального и токового электродов.

Между секциями потенциального электрода размещены в той же плоскости секции 7.1...7.3 заземленного экранирующего электрода, ширина тех из них (7.1), которые размещены внутри групп секций потенциального электРода, равна а, т.е. ширине секций токового и потенциального электродов, а ширина тех из них, которые размещены между этими группами, равна пооче-25 редно 0,5 (секции 7.2) и 1,5а (секции 7.3).

Благодаря этому весь диапазон измеряемых перемещений, равный 2а, может быть разделен на четыре одинаковых поддиапазона, равные а/2.

Емкостный дифференциальный датчик перемещений работает следующим обра" зом.

При плоскопараллельном относитель- 35 ном перемещении диэлектрических пластин 3 и 4 происходит изменение площади взаимного перекрытия секций 1,2 токового электрода и секций 5.1...5.К и 6. 1...6К потенциального электрода. 40

В начальном положении подвижной пластины относительно неподвижной края секций 5.1...5K потенциального электрода удалены на 1/4 их ширины от ли-. ний раздела секций токового электрода 45

1 и 2. Секции 6.1...6К в этом положении заземлены. При перемещении потенциального электрода в направлении Х емкость С1 между секциями 5.1...5K потенциального электрода и секциями 1g0 токового электрода уменьшается, а емкость С2 между ними и секциями 2 уве" личивается.

В результате измеряемое перемещение Х определяется следующим соотноше-д .нием:

С1-С2а

Х

C1+C22

При достижении секциями 5.1...5K положения, в котором правый край этих секций не доходит на 1/4 часть их ширины до следующих линий раздела токового электрода, эти секции потенциального электрода заземляются, и аналогичным образом измеряется емкость между секциями 6,1...6К потенциального электрода и секциями 2 и 1 токового электрода.

При дальнейшем изменении величины перемещения Х измерение вновь ведется по группам секций 5.1...5К потенциального электрода и т.д.

В результате, в каждом из четырех поддиапазонов измерение осуществляется так, что край секций потенциального электрода не подходит к краю секций токового электрода ближе, чем на 1/4 часть ее ширины. Это снижает влияние краевого эффекта на результаты измерения.

Уменьшение количества диэлектрических пластин в данном датчике уменьшает его габариты и упрощает конст рукцию. Кроме того, датчик имеет более высокую точность измерения, по-. скольку его погрешность снижается за счет более точного изготовления "рисунка" его многосекционных электродов, так как они расположены в одной плоскости в отличие от известного датчика, в котором потенциальный электрод расположен на двух разных сторонах плоской пластины, а токовый - на двух других пластинах. В одной плоскости

"рисунок" можно выполнить с погрешностью в 4-5 раз меньшей, что приводит к снижению общей погрешности измерения в 2-3 раза.

Формула изобретения

Емкостный дифференциальный датчик перемещений, содержащий две диэлектрические пластины, одна из которых установлена с возможностью перемещения вдоль поверхности другой, и закрепленные на обращенных одна к другой поверхностях пластин секционированные потенциальный, экранирующий и токовый электроды, секции токового электрода электрически соединены между собой через одну секцию в две группы и имеют ширину а, равную ширине секций потенциального электрода, которые электрически также объединены в группы и . между которыми размещены секции экранирующего электрода, ширина тех из

5 1516748 6 них, которые размещены внутри групп кости на другой пластине каждая rpynt екции потенциального электрода, рав- па состоит из К секций, где 1 4 К п/2, на ширине этих секций, о т л и u a e - à n - общее количество секций потенH H c R тем, что, с целью повыше- циального электрода, которое должно ния точности измерения, упрощения быть четным, группы секций потенциальконструкции и уменьшения габаритов, ного электрода электрически соединены секции обеих групп токового электрода между собой через одну группу и отдеразмещены в общей плоскости на одной лены одна or другой секциями экранииз пластин, группы секций потенциаль-. 19 рующего электрода, имеющими ширину, ного электрода размещены в общей плос- равную попеременно 0,5а и 1,5а.

1 i i . ° ° ° °

Яя@1

/ /

/ / // //

/г /r Г фа

7.З

77 б1 62

Ф /а 2