Емкостный датчик линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и разрешающей способности емкостного датчика линейных перемещений , принцип действия которого основан на измерении разности двух частичных перекрестных емкостей датчика. Датчик содержит разметенные в экранирующем корпусе два полых неподвижных электрода располо жемчых КРОСНО и разделенных узким изоляционным промежутком, и установленный коаксиально с возможностью перемещения вдоль оси подвижной стержневой электрод, который состоит из двух частей, также разделенных изоляционным промежутком. Толщина этих изоляционных промежутков должна не менее, чем в 5 раз быть меньше разности радиусов подвижного и неподвижных электродов, благодаря чему обеспечивается взаимная компенсация нелинейности частичных перекрестных емкостей датчика при одновременном измерении разности этих емкостей. 1 ил. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<ч): G 01 В 7/OG

ГОСУДА P СТВ Е I НЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРНТИRM

ПРИ гкНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4645258/. 8 (221 02.02.89 (46) 07.02.91, Бюл. ¹ 5 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) P.Ñ.Ëåæoåâ (53) 621.317.39:531.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 947632, кл. G 01 В 7/08, 1980. (54) Е М КО " Т Н Ы Й ДАТ Ч И К Л И Н Е Й Н Ы X

ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и разрешающей способности емкостного датчика линейных перемещений, принцип действия которого основан на измерении разности двух частичных перекрест=

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых линейных перемещений с повышенной точностью, например для измерения перемещений зеркал интерферометров.

Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности емкостного датчика линейных перемещений за счет ослабления влияния краевых эффектоя на границах раздела его электродов, образующих конденсатор переменной емкости, выходным информативным параметром которого является разность двух перекрестных частичных емкостей.

На чертеже показана конструкция емкостного датчика с коаксиальными цилиндрическими электродами, образующими конденсатор с двумя парамл перекрестных рабочих емкостей.

„„Я „„1626081 А1 ных емкостей датчика. Датчик содержит размес.лнные в экранирующем корпусе два полых неподвижных электрода располо женчых сносно и разделенных узким изоляционны л промежутком, и установленный коаксиально с воз ложностьк перемещения вдоль оси подвижной стержневой электрод, который состоит из двух частей, также разделенных изоляционным промежутком, Толщина этих изоляционных промежутков должна не менее, чем в 5 раз быть меньше разности радиусов подвижного и неподвижных электродов, благодаря чему сбеспечивается взаимная компенсация нелинейности частичных перекрестных емкостей датчика при одновременном измерении разности этих емкостей. 1 ил.

Датчик содержит два неподвижных полых цилиндрических электрода 1 и 2, жестко закр пленных в экранирующем корпусе 3 и установленных в нем соосно так, что разделяющий их изоляционный промежуток 4 достаточно мал по сравнению с их диаметром. На оси 5 этих электродов коаксиально с ними установлен с возможностью линейного перемещения х вдоль этой оси стержневой электрод меньшего диаметра, состоящий иэ двух частей 6 и 7, разделенных изоляционным промежутком 8. Подвижный стержневой электрод соединен с объектом контроля (не показан) с помощью штока 9 и установлен в направляющих втулках 10, обеспечивающих строго коаксиальное положение электродов емкостного датчика при перемещениях штока 9. Направляющие втулки заземлены, выполняя функции охранных электродов.

1626081

Формула изобретения

Составитель С. Скрыпник

Редактор Н, Бобкова Техред М,Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 270 Тираж 380 Подписное

ВНИИПИ 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

Емкостный датчик линейных перемещений работает следующим образом.

Поступательное перемещение х объекта контроля, передаваемое штоком 9, вызывает смещение частей 6 и 7 подвижного электрода относительно неподвижных электродов 1 и 2, При этом изменяются значения перекрестных рабочих частичных емкостей так, что увеличение емкости между электродом 1 и частью 6 подвижного электрода происходит одновременно с уменьшением емкости между электродом 2 и частью 7 и наоборот, что обусловлено изменением площади из взаимного перекрытия. Измерение или вычисление разности перекрестных частичных емкостей датчика позволяет получить линейную зависимость разностной емкости от положения подвижного электрода, а следовательно, и от перемещения х объекта контроля. Соотношение радиусов подвижного и неподвижных электродов может быть произвольным, однако толщина изоляционных промежутков 4 и 8 между электродами, расположенными на общей цилиндрческой поверхности, должна быть по крайней мере в 5 раз меньше разности их радиусов, определяющих ширину воздушного зазора д между ними. Протяженность электродов датчика при этом дожна быть такой, что при заданном диапазоне измеряемых перемещений граница раздела частей 6 и 7 подвижного электрода не приближается к краям неподвижных электродов, т.е, к направляющим втулкам 10 ближе, чем на пять значений разности радиусов подвижного и неподвижных электродов, Длина подвижного электрода должна превышать суммарную длину обоих неподвижных электродов, Емкостный датчик совмещает достоинства известных датчиков с переменной активной площадью и с переменным расстоянием между электродами. Это заключается в том, что датчик имеет большой диапазон измеряемых перемещений, в нем отсутству5 ют какие-либо принципиальные ограничения для подвижности штока. обладает значительными значениями рабочих емкостей при больших перемещениях и характеризуется пропорциональной зависимостью

10 между емкостью и перемещением при сохранении высокой разрешающей способности и принципиальной линейности функции преобразования в диапазоне(I/2-5д)Ix I <

< 1/2, включая окрестности точки х = О, где

15 д — воздушный зазор между подвижным и неподвижным электродами, à I — длина неподвижных электродов.

Емкостный датчик линейных перемещений, содержащий экранирующий корпус, размещенные в нем соосно два неподвижных полых цилиндрических электрода, раз25 деленных изоляционным промежутком, и установленный коаксиально с ними с возможностью перемещения вдоль оси стержневой электрод меньшего диаметра, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

30 точности и разрешающей способности, стержневой электрод выполнен из двух частей, разделенных изоляционным промежутком, толщина которого, как и толщина изоляционного промежутка между непод35 вижными цилиндрическими электродами, хотя бы в 5 раз меньше разности радиусов цилиндрических и стержневого электродов, а общая длина обеих частей стержневого электрода превышает суммарную длину

40 обоих неподвижных электродов.