Емкостный датчик линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности и помехозащищенности датчика линейных перемещений емкостного типа. Электроды 2 этого датчика закреплены на внутренней поверхности одного из стержней П-образного магнитопровода 1 и расположены перпендикулярно их плоскости. К этим электродам подключен источник постоянного тока, создающий электрическое поле смещения в межэлектродном пространстве, заполненном жидкокристаллическим веществом 4, и одновременно воздействуют на него магнитным полем подвижного постоянного магнита 5. По изменению величины емкости жидкокристаллического емкостного чувствительного элемента судят о положении объекта. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COUWLËÈÑTÈ×ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4423935/25-28 (22) 12.05.88 (46) 23.03,90. Бюп, Р 11 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.Н. Кагарманов, З.X. Куватов, А.Н. Русин и P.È. Альмухаметов (53) 621.317.39: 531 ° 71 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1275204, кл. G 01 В 7/08, 1984. (54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ЖП!ЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение чувствительности и помехозащищенности датчика линейных пере„. Я0„„1551976 А 1 мещений емкостного типа. Электроды 2 этого датчика закреплены на внутренней поверхности одного из стержней

П-образного магнитопровода 1 и расположены перпендикулярно их плоскости. К этим электродам подключен источник постоянного тока, создающий электрическое поле смещения в межэлектродном пространстве, заполненном жидкокристаллическим веществом

4, и одновременно воздействуют на него магнитным полем подвижного постоянного магнита 5. По изменению величины емкости жидкокристаллического емкостного чувствительного элемента судят о положении объекта, 3 ил.

1551976

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений с высокой очностью.

Цель изобретения - повышение чувствительности емкостного датчика линейных перемещений.за счет совместного управления с помощью электрического и магнитного полей положени- 10 ем молекул жидкокристаллического вещества, заполняющего зазор между электродами емкостного чувствительного элемейта, что влияет на изменение его емкости. 15

На фиг. 1 изображена схематично конструкция емкостного датчика; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 — выходная характеристика датчика, показывающая зависимость изменения емкости С „ жидкокристаллического чувствительного элемента в функции перемещения х постоянного магнита.

Емкостный датчик содержит П-образ- 25 ный магнитопровод 1, на внутренней поверхности одного из стержней которого закреплен емкостный чувствительный элемент, вдоль поверхности которого перемещается постоянный магнит

2 брусковой формы с поперечной намагниченностью. Емкостной чувствительный элемент выполнен в виде двух протяженных электродов 3 и размещенного между ними жидкокристалли35 ческого (ж.к.) нематического вещест ва 4 с отрицательной анизотропией ди- электрической проницаемости. Продольные размеры электродов 3 выполнены равными размерам длинных стержней магнитопровода 1. Эти электроды подключены к входу измерительного прибора 5, обеспечивающего измерение емкости С „ датчика, а также к дополнительному источнику 6 постоянного тока, создающему в межэлектродном

1 пространства чувствительного элемента дополнительное электрическое поле смещения постоянного тока с напряженностью Е. Электроды 3 датчика мо-, гут быть выполнены в виде стеклянных, пластин с напыщенным на них электропроводным, слоем БпО< и размещены перпендикулярно плоскости стержней магнитопровода датчика, т.е. параллельно магнитным силовым линиям магнит55 ного ноля напряженностью Н, создава(. емого постоянным магнитом 2. Этот магнит может быть выполнен из редко- земельных эламентов, что уменьшает его габаритные размеры. Толщина слоя ж.к. вещества 4 в межэлектродном пространстве датчика может быть задана фторопластовыми уплотнительными прокладками небольшой толщины порядка 100 мкм.

Емкостный датчик линейных перемещений работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда постоянный магнит 2 расположен в крайнем правом положении магнитопровода 1, ж.к. чувствительный элемент находится вне действия магнитного поля, но под действием электрического поля, В межэлектродном плоском слое ж,к. вещества 4 в отсутствии магнитного поля молекулы ориентированы только перпендикулярно плоскости электродов (гомеотропно), что достигается соответствующей обработкой внутренних поверхностей пластин электродов 3.

Электрическое поле стремится изменить ориентацию молекул, однако величина напряженности Е этого поля недостаточна для переориентации молекул в

1 отсутствие магнитного поля. При введении постоянного магнита 2 в магнитопровод 1 на участке длиной Х маг- нитное поле стремится также, как и электрическое поле изменить начальную ориентацию молекул.и переориентировать их вдоль электродов 3, т.е. Оба поля одинаково воздействуют на ориентацию молекул ж.к. вещества 4 ° С увеличением Х пропорционально увели-. чивается электрическая емкость С датчика (фиг, 3),что регистрируется измерительным прибором 5.

Благодаря введению дополнительного смещающего электрического поля достигается повышение чувствительности датчика к перемещению постоянного магнита, так как при воздействии только магнитного поля не происходит полной переориентации молекул ж. к. вещества, что обусловлено остаточными межмолекулярными взаимодействиями. Соотношение первоначального расположения молекул и после переориентации определяют величину и приращение электрической емкости С „ межэлектродного слоя. Приложение к электродам 3 датчика электрического поля приводит к тому, что молекулы,,которые оставались вне ориентации под действием поля магнита, испытывают влияние вращающих сил электрического

15519 7б поля и не будучи в состоянии сами по себе нарушить спонтанную ориентаI цию, могут усилить или ослабить действие магнитных сил. Это приводит к дополнительному приращению емкости

С„ „. Использование дополнительного . источника энергии электрического тока позволяет увеличить чувствительность датчика и уменьшить его массу и габа- 10 риты приблизительно в два раза.

Повышается также и помехозащищенность датчика, особенно к воздействию температуры окружающей среды. По экс- 15 периментальным данным температура влияет на время переориентации, т.е. на быстродействие преобразователя, В диапазоне температуры от 10 до

50 С наблюдается .стабильность вы- 20 ходного сигнала. Кроме того, существенного влияния на величину С„, „

= Е(х) не оказывают механические уси,лия, так как датчик является тонкопленочным элементом. Бесконтактность измерительной части датчика значительно уменьшает влияние вибрации и трение в его подвижных узлах на результаты измерения, не влияет на точность датчика также и перекос его электродов.

Формула изобретения

Емкостный датчик линейных перемещений, содержащий П-образный магнитопровод, закрепленный на внутренней поверхности одного из его стержней емкостный чувствительный элемент, выполненный в виде двух плоских электродов с размещенным между ними жидкокристаллическим нематическим веществом с отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости, и установленный с возможностью перемещения вдоль поверхности чувствительного элемента постоянный магнит, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен источником постоянного тока, подключенным между электродами чувствительного элемента, а плоскость последних расположена перпендикулярно плоскости стержней магнитопровода.

155197б

Составитель Т. Бычкова

Техред lI.Сердюкова

Редактор Л. Зайцева

Корректор Н. Ренская

Заказ 321 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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