Емкостный преобразователь угловых перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного преобразователя угловых перемещений, который содержит конденсаторы переменной емкости, образованные двумя группами четных и нечетных радиальных электродов 7 и 8 на статоре 3 и радиальных электродов 11 и 12 на роторе 4. Эти электроды расположены с равномерным шагом и в каждой группе соединены между собой параллельно. Четные электроды 11 ротора 4 соединены с кольцевой обкладкой 9 первого конденсатора связи, неподвижная кольцевая обкладка 5 которого расположена на статоре 3. Нечетные электроды 12 ротора 4 присоединены к обкладкам 10 второго конденсатора связи, неподвижная кольцевая обкладка 6 которого также расположена на статоре и присоединена как и обкладка 5 к зажимам делителя 2 напряжения , подключенного к противофазным зажимам высокочастотного питающего генератора 1. Амплитудные детекторы 13 и 14, подключенные к группам электродов 7 и 8 статора, присоединены к входам суммирующего усилителя, на выходе которого получают амплитудно-модулированный сигнал, являющийся функцией поворота ротора. 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 7/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР б 1 0(1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4631192/28 (22) 04.01.89 (46) 07.05.92. Бюл. М 17 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) А.В.Папировский, M.À.Ðàçâèè, А.И.Таранчук и С.Г.Головкин (53) 621.317.39:531,71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М

643936, кл. G 01 В 7/30, 1976, Патент СССР М 499843, кл. G 01 В 7/30, 1970 (прототип), (54) ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного преобразователя угловых перемещений, который содержит конденсаторы переменной емкости, образованные двумя группами четных и нечетных радиальных электродов 7 и 8 на статоре 3 и радиаль„, Ы„„1732143 А1 ных электродов 11 и 12 на роторе 4. Эти электроды расположены с равномерным шагом и в каждой группе соединены между собой параллельно.,Четные электроды 11 ротора 4 соединены с кольцевой обкладкой

9 первого конденсатора связи, неподвижная кольцевая обкладка 5 которого расположена на статоре 3. Нечетные электроды 12 ротора 4 присоединены к обкладкам 10 второго конденсатора связи, неподвижная кольцевая обкладка 6 которого также расположена на статоре и присоединена как и обкладка 5 к зажимам делителя 2 напряжения, подключенного к противофазным зажимам высокочастотного питающего генератора 1, Амплитудные детекторы 13 и

14, подключенные к группам электродов 7 и

8 статора, присоединены к входам суммирующего усилителя, на выходе которого получают амплитудно-модулированный сигнал, являющийся функцией поворота ротора. 2 ил.

1732143

39

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для преобразования угла поворота и скорости вращения в синусоидальный сигнал, может быть использовано при измерении угловых перемещений и скорости вращения, Известен кодирующий преобразователь перемещения, содержащий трансформатор напряжения, емкостный преобразователь, подстроечные конденсаторы, фазочувствительные детекторы, элементы НЕ и И, емкостный преобразователь соединен по мостовой схеме с трансформатором напряжения, который выполнен с дополнительной вторичной обмоткой, основна- вторичная обмотка выполнена с отводами, каждый из которых через соответствующий подстроечный конденсатор соединен со -редней пластиной емкостного преобразователя, крайние пластины которого соединены с началом и концом основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, сигнальный вход каждого фаanчувствительного детектора подключен и; раллельно соответствующему подстроечному конденсатору, входы фазочувствительных детекторов соединены с первыми входами соответствующих элементов И и через соответствующий элемент НЕ - с вторылл входом предыдущего элемента И, опорные входы фазо-I) 6ñòâèò8ëüíûõ детекторов объединены и подключены к дополнительной обмотке трансформатора напряжения.

Недостатками кодирующего преобразователя угловых перемещений является низкая точность и сложность схемной реализации. Это объясняется тем, что в данном преобразователе фиксированные значения перемещения связаны пороговой зависимостью с выходным напряжением. Для увеличения точности !измерения требуется увеличивать число поро! Ов, что требует значительного усложнения схемы, Наиболее близким по технической сущности i< предлагаемому является емкостный преобразователь угловых перемещений, содержащий установленные соосно с Зазором дисковые статор и ротор, размещенные на них кольцевые электроды одинакового диаметра, образующие конденсатор связи с постоянной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, четные и нечетные из которых на статоре соединены параллельно в соответствующие группы, и высокочастотный генератор питания, Недостатком известного преобразователя является низкая точность его работы, Это объясняется малой разрешающей способностью преобразователя и низкой чувствительностью радиальных электродов к угловым перемещениям, Малая разрешающая способность преобразователя связана с тем, что его выходным сигналом является последовательность импульсов. Нах!Ичие импульсов (или промежу "-ов между импульсами) разной длительности свидетельствует о том, что произошло угловое перемещение ротора Относительно статора на величину, равную у1-ловому шагу между радиальными электродами статора, Угловое же перемещение, не превышающее по величине углового шага., не будет зафиксировано. таким Образам Разрешающая способность преобразователя будет Ограничена 68JI 11 "Ii 1 0é, равной угу!О во!1 у 538!

1i16жцу радиальным!л электродами статооа преобразователя.

Низкая чувстви-ельность рад. альных электродов к угловым перемещениям ОбусЛСВЛена TRIiil, ЧТО РадиаЛЬНЬ!8 ЭЛ6КТРОДЫ ро ора (индуцирующ!л: электроды--создающие электрическое поле! и!леют заряд одного знака и величины, Эл! .хтрическое поле, создаваемое одноименно заряженными эле,<тродами, становится близким к однородному пои удагении От электродов Iir3 рас стОяние., 001 iaмеримое с за эором между электродами, При внесении в это злектричеP6Plij6 I1 j-,!.1ЫХ ail81 :ТРОДОВ: .! атвоа

i приемн ы6 элект!эодь!! на i !их будет индyÖè"

Оовят-.laÿ электрический заряд, сос. ветству,огци напря>кенносги поля в мастях Fix гас-, 1ложения. Разнос! ь !."6x

1iъl!ми и макcv маflьнь!Ми зl li !8íè6ìl4 нап рях< 6 I-I и О с Г и т а к 0 Г и О л я н 6 в 8 т! и к d u уменьшается с увели,ением расстояния меж 1! ин!1у!Ои 1;!юц!!лм1л и pp!лемны!л1л элект ъ !да!1и, li03T0! Иаменaíè8 сигнала, сни

lаемОГО с радиальных электродов стаlQp8

I0: i I!ñ,"16 ri9 ВЫХОД8 М<1СТОВОй СХ6МЫ1, СООТ

Б. :1с106;- но О 1;иинимума дд максимума при перемещении p0 Ора относительно статора будет также незначительно.

Целью изобретения является повь,шенио тачности, Указанная цель дост!ИГается тем, чтО 8м, 0i-.THblYi преосоазователь угловых переме:,ц ний, содержащий питающий зысйкОчастотный Генератор, установленные соосно с зазором дисковые статор и ротор, размещенные на.них соответствующие кольцевые электроды одинакового диг матра, Образующие конденсатор связи с постоянной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, причем четные и нечетные радиальные электроды на статоре соедине1732143

55 ны параллельно и объединены в две группы, снабжен вторым конденсатором связи, выполненным в виде пары кольцевыхэлектродов, диаметр которых отличен от диаметра электродов первого конденсатора, делителем напряжения с заземленной средней точкой, подключенным к высокочастотному генератору, двумя амплитудными детекторами и суммирующим у "илителем, подключенным у, выходу обоиx амплитудных детекторов, радиальные элект.роды на роторе размещены с тем же ц агом, что и радиальные эле«трсды на статоре, и объединены параллельно В две Группы аналогично груп пам радиальных электродов на статоре, последние падклю-IBHI- к входам соответствующего амплитуднага детектора, а группы четных и нечетных Электродов на роторе присоединены к делителю напряжения через соответствующий конденсатор связи, Предлагаемый преобразователь позволяет значительно повысить точность rlpeo5разсвания угловога перемещения ротора относительна статсра в электрический сигнал за счет уменьшения разрешающей способности емкостнсгс преcápàçoBBTeëÿ.

Кроме тсгс, выходной сигна. преобразователя несет информацию об углсвай скорости вращения ротор=. относительна статара, HB фиг,1 пседставлена cTp)кгуаная схе ма предлагаемого емксстнсго преобразова -.ъля у -PQBL!x r еррмещений HB .ф,иг 2 конструктивное исполнение статара и ра roра преобразователя, Пресбсазаватель содержит высоксчаcToTH Ié !енератср 1, k пративафазнь м Bl Iходам катарсгс г-.,äêllþ -Ieí делитель 2 напряжения с заземленной средней точкой, craTop 3 и ротор 4, выполненные в виде диска, расположенные на статсре 3 кольцевые обкладки 5 и 5 первого и второго конденсаторов связи соответственна, четные 7 и нечетные 8 радиальные электроды ста ара

3, чередующиеся между ссбай, распалажBHные с равномерным шагсм и соединенные внутри групп параллельча, расположенные на роторе 4 кольцевые обкладки Я и 10 первого и второго конденсаторов связи соответственна, четные 11 и нече —.ные 12 радиальнь е электроды ротора 4, которые так же чередуются между собой, причем ани расположены с равномерным шагом и соединены внутри групп параллельно, Четные радиальные электроды 11 ротора 4 связаны с кол-цевай обкладкой песвагс конденсатора связи, а нечетные электроды

12 связаны с обкладкой 10 второго конденсатора связи. Преобразователь также содержит амплитудные детекторы 13 и 14, с входами которых соединены соответственНо нечетные 8 и четные 7 радиальные электроды статора 3, и суммирующий усилитель

15, выход которого является выходом и ресбразователя, а входы соединены с выходами амплитудных детекторов 13 и 14.

Блоки, используемые в данном преобразователе, могут быть изготовлены по известным схемам на основе стандартных элементов. Диски статора и ротора выполняются из фальгированнога текстолита или из ситалла, а радиальные электроды и конденсаторы связи на них — методами пленочной технологии.

Преобразователь работает следующим образом.

Пои угловом перемешении диска ротора 4 относительна диска статара 3 между четными 11 и нечетными 12 радиальными электродами ротора 4 и четными 7 и нечетными 8 радиальными электродами статара

3 попеременно возникает емкостная связь (размеры радиальных электродов и расстояние между ними является соизмеримыми в направлении перемещения). Когда радиальные электроды статора 3 одновременно все находятся напротив радиальных электродов ротора 4. связь между ними максимальна и сигналы на выходах амплитудных детекторов 1" и 14 имеют, максимальную величину. При сдвиге ротора 4 относительно статара 3 на половину шага сигналы на входы усилителя 15 не поступают. При сдвиге в туже сторону еще на половину шага амплитуда сигналов на выходах амплитудных детектсрав 13 и 14 будет максимальна.

Таким образом, при угловом перемещении ротора 4 относительно статара 3 на входах амплитудных детекторов 13 и 14 возникают амплитудно-модулированные по синусоидальному закону колебания с несущей частотой высокочастотного генератора

1, огибающая которых выделяется амплитудными детекторами 13 и 14. Период колебаний определяется угловым шагом радиальных электродов и угловой скоростью перемещения ротора 4 относительно статора 3. Разрешающая способность в такам случае не будет ограничена угловым шаг м.

Необходима отметить, .что чувствительность электродов к перемещению повышена благодаря тому, что каждая из групп 11 и

12 радиальных электродов ротора 4 в любой момен времени имеет равные по величине и противоположные па знаку заряды. Созданное электрическое псле будет неоднородным, Сравнительный анализ показал, что разность между минимальным и максимальным значениями напряженности неа1732143

Ьг.2

Составитель А.Таранчук

Техред М.Моргентал Корректор T.Âàø

Редактор M.ßнкович

Заказ 1573 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", -. Ужгород, ул,Гагарина, 101 днородного электрического поля будет значительно больше, чем аналогичная разность для поля, близкого к однородному, и существенно в меньшей степени будет убывать с удалением от индицирующих электродов, Поэтому разность между минимальными и максимальными амплитудами сигналов, снимаемых с радиальных электродов 7 и 8 статора 3, а значит, и сигналов на выходах амплитудных детекторов 13 и 14 будет значительно выше, чем в прототипе. Следовательно, будет повышена чувствительность радиальных электродов к угловым перемещениям чувствительности углового преобразователя в целом, которая увеличивается дополнительно за счет суммирования сигналов с выходов амплитудных детекторов

13 и 14 в суммирующем усилителе 15.

Формула изобретения

Емкостный преобразователь угловых перемещений, содержащий питающий высокочастотный генератор, установленные соосно с зазором дисковые статор и ротор, размещенные на них соответствующие кольцевые электроды одинакового диаметра, образующие конденсатор связи с постоянной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, причем четные и нечетные радиальные электроды на статоре соединены

5 параллельно и объединены в две группы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен вторым конденсатором связи, выполненным в виде пары кольцевых электродов„диаметр кото10 рых отличен от.диаметра электродов первого конденсатора, делителем напряжения с заземленной средней точкой, подключенным к высокочастотному генератору, двумя амплитудными детекторами и суммирую15 щим усилителем, подключенным к выходу обоих амплитудных детекторов, радиальные электроды на роторе размещены с тем же шагом, что и радиальные алек роды на статоре, и объединены параллельно в две

20 группы, аналогично группам радиальных электродов. на статоре, последние подключены к входам соответствующего амплитудного детектора, а группы четных и нечетных электродов на роторе присоединены к дели25 телю напряжения через соответствующий конденсатор связи.