Емкостный датчик для измерения угловых перемещений

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов поворота механических устройств. Сущность: датчик содержит, по меньшей мере, две соосно установленные и неподвижно закрепленные в корпусе параллельные пластины статора. Между ними помещен ротор, неподвижно закрепленный на вращающемся валу. На одной из пластин статора выполнен сплошной кольцеобразный металлический элемент. На другой пластине статора выполнен кольцевой металлический элемент в виде, по меньшей мере, трех секторов. Ротор выполнен предпочтительно из диэлектрического материала в виде сектора диска, полностью перекрывающего один из секторов кольцеобразного металлического элемента статора. Технический результат: расширение диапазона измерений, повышение точности за счет возможности учета влияния температуры и влажности окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для измерения углов поворота механических устройств.

Известен емкостный датчик угловых перемещений (a.c. SU №872944, заявл. 08.10.79, опубл. 15.10.81), содержащий многопластинчатый статор и многопластинчатый ротор, выполненный из диэлектрического материала. Ротор закреплен на оси маятникового подвеса.

Недостатком датчика является небольшой угол измерения - не более 180°, а также узкий диапазон использования, так как датчик можно использовать только для измерения наклона плоскости.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является емкостный датчик для измерения угловых перемещений (а.с. SU №968599, заявл. 09.09.80, опубл. 23.10.82), содержащий соосно установленные и неподвижно закрепленные в корпусе параллельные пластины статора, между которыми размещена пластина ротора, неподвижно закрепленная на вращающемся валу.

Однако данный датчик не дает однозначности при полном обороте вала, т.к. при существующем диапазоне измерений от 0 до 180° получают одно и то же значение измеряемого параметра при двух угловых положениях. Кроме того, на параметры датчика влияет окружающая среда - температура, влажность, снижая точность измерения.

Задачей изобретения является расширение диапазона измерений угловых перемещений от 0° до 360° и повышение точности измерений при изменении параметров окружающей среды - температуры от -40°С до +50°С, влажности до 80% при 25°С.

Задача решается следующим образом.

В емкостном датчике для измерения угловых перемещений, содержащем соосно установленные и неподвижно закрепленные в корпусе параллельные пластины статора, между которыми помещен ротор, неподвижно закрепленный на вращающемся валу, согласно изобретению, пластины статора установлены в количестве, по меньшей мере, двух и на каждой из пластин выполнен кольцеобразный металлический элемент, при этом на одной из пластин статора кольцеобразный металлический элемент выполнен сплошным, на другой - кольцеобразный металлический элемент выполнен в виде, по меньшей мере, трех секторов, а ротор выполнен в виде сектора диска, полностью перекрывающего один из секторов кольцеобразного металлического элемента статора.

Ротор может быть выполнен из диэлектрического или металлического материала.

На фиг.1 изображен емкостный датчик для измерения угловых перемещений, общий вид в разрезе (разрез А-А на фиг.2).

На фиг.2 - то же, разрез Б-Б на фиг.1.

На фиг.3 - то же, разрез В-В на фиг 1.

На фиг.4 - то же, разрез Г-Г на фиг.1.

Емкостный датчик для измерения угловых перемещений содержит, по меньшей мере, две параллельные пластины статора 1, 2, неподвижно закрепленные в корпусе 3 посредством элемента крепления 4. На каждой пластине 1, 2 статора выполнен металлический кольцеобразный элемент, например, методом травления. На пластине 1 статора металлический кольцеобразный элемент 5 выполнен сплошным, а на пластине 2 статора металлический кольцеобразный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, трех секторов 6, 7, 8.

Между пластинами 1, 2 статора установлен неподвижно закрепленный на вращающемся валу 9 ротор 10, выполненный в виде сектора диска, по размеру полностью перекрывающего один из секторов 6, 7, 8 кольцеобразного элемента 5 статора. При этом ротор 10 выполнен предпочтительно из диэлектрического материала, например из стеклотекстолита. Ротор 10 может быть выполнен из металлического материала. Каждый сектор 6, 7, 8 пластины 2 статора образует вместе с кольцеобразным металлическим элементом 5 пластины 1 статора конденсатор с емкостями соответственно C1, C2, С3. Пластины 1, 2 статора изготовлены из фольгированного стеклотекстолита.

Устройство работает следующим образом.

Ротор 10, неподвижно закрепленный на валу 9, при вращении вала в любой момент времени частично перекрывает два сектора, например, 6, 7 пластины 2 статора, при этом один сектор, например, 8 остается не перекрытым. По отношению емкостей двух частично перекрытых секторов определяется угол положения вала 9 в любой момент времени. При повороте вала 9 ротор 10 перемещается относительно секторов 6, 7, 8 пластины 2 статора. При этом емкость C1 одного сектора 6 уменьшается, а емкость C2 другого сектора 7 увеличивается. Величина изменения емкостей пропорциональна углу поворота ротора 10.

В каждый момент времени снимают показания емкостей всех трех секторов 6, 7, 8, соответственно С1, С2, С3. По значению емкости сектора 8 С3, не перекрытого ротором 10, определяют коэффициент изменения значения емкости сектора 8 под влиянием окружающей среды (температура, влажность) относительно начальной емкости сектора 8 С30 (при t°=20°C). Учитывая коэффициент изменения емкости сектора 8, определяют изменения емкости для других секторов и вносят коррективы в измеряемые параметры. Измерение емкости каждого сектора 6, 7, 8 осуществляется любыми известными способами, например:

- метод прямого измерения напряжения при стабилизированном токе за определенный период времени;

- метод, основанный на измерении частоты LC генератора и ее изменении при подключении к контуру генератора с помощью реле К1 образцовой емкости С2эт. Зная величину этой емкости, нетрудно вычислить параметры LC контура генератора. При этом емкость контура складывается из емкости собственно конденсатора, паразитной емкости катушки индуктивности и емкости монтажа;

- использование интегральной микросхемы преобразователей CDC (преобразователь емкость - цифровой код)

Конструкция предложенного емкостного датчика позволяет:

1. Определять однозначно измеряемый параметр - угол поворота вала в диапазоне от 0 до 360 градусов.

2. Повышается точность измерения за счет учета влияния температуры и влажности окружающей среды на емкостные характеристики.

1. Емкостный датчик для измерения угловых перемещений, содержащий соосно установленные и неподвижно закрепленные в корпусе параллельные пластины статора, между которыми помещен ротор, неподвижно закрепленный на вращающемся валу, отличающийся тем, что пластины статора установлены в количестве, по меньшей мере, двух и на каждой из пластин выполнен кольцеобразный металлический элемент, при этом на одной из пластин статора кольцеобразный металлический элемент выполнен сплошным, на другой - в виде, по меньшей мере, трех секторов, а ротор выполнен в виде сектора диска, полностью перекрывающего один из секторов кольцеобразного металлического элемента.

2. Емкостный датчик по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен из диэлектрического материала.

3. Емкостный датчик по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен из металлического материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может найти применение в антиблокировочных тормозных системах транспортных средств, в микропроцессорных системах управления двигателем автомобиля.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения угла поворота в счетно-решающих устройствах и системах автоматики или в цифровых следящих системах.

Изобретение относится к области измерительной техники, связанной, в частности, с измерением относительных угловых перемещений, и может найти применение в составе прецизионных приборов и устройств, в обрабатывающей промышленности, в геодезических и навигационных приборах, в системах измерения градиента гравитации, в составе испытательных стендов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при определении положения дроссельной заслонки в микропроцессорных системах управления двигателем внутреннего сгорания.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электродистанционных системах управления транспортными средствами, робототехническими комплексами и производственными процессами.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин, а именно к средствам для изучения технического состояния скважин методами кавернометрии и профилеметрии.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для бесконтактного контроля углов установки и раскрутки лопастей в процессе работы винтовентилятора при испытаниях и эксплуатации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля параметров движения торцов лопаток ротора турбомашины в процессе испытаний и эксплуатации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля радиальных зазоров между торцами лопаток и оболочкой винтовентилятора, а также углового положения лопаток в процессе работы винтовентилятора при испытаниях и эксплуатации.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах контроля и управления для измерения линейных и угловых перемещений

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углового положения подвижных конструктивных элементов грузоподъемных кранов

Изобретение относится к электронным системам управления автомобилем

Изобретение относится к автомобильному электронному приборостроению

Изобретение относится к автомобильному электронному приборостроению и может быть использовано для определения угла открытия дроссельной заслонки, степени нажатия педали акселератора, положения клапана рециркуляции отработавших газов

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в электронных системах управления автомобилем для определения угла открытия дроссельной заслонки, степени нажатия педали акселератора, положения клапана рециркуляции отработавших газов и др

Изобретение относится к области электротехники, в частности к автоматизированным системам управления и диагностики трансформаторного оборудования электрических станций и подстанций

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах дистанционного управления перемещением подвижных объектов
Наверх