Дифференциальный емкостный датчик перемещения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

«>989318 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22).Заявлено 180681 (21) 330362б/25-28

{5t) М. Кп. с присоединением заявки Ною (23) Приоритет—

G 01 8 7/08

G 01 В 7,/14

Государственный комитат

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.0183.Бюллетень Мо 2 (53) УДКбг1. 317. .39:531.71 (088.8) Дата опубликования описания 15.01.83 (72) Авторы изобретения

A. Л. Грохольский, С. Д. Тарасенко.и А. П. Козлов

Киевский ордена Трудового Красного Зттеменн:.институт инженеров гражданской авиации %ад) (73) Заявитель (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано, в частности, для изме-. рения малых линейных перемещений и другиХ физических величин, которые могут быть преобразованы в линейное перемещение.

Известны различные конструкции емкостных датчиков линейного перемещения с плоскими или цилиндрическими электродами С13.

Однако данные конструкции, несмотря на дифференциальное исполнение, не обладают достаточной стабильностью в широком диапазоне изменения внешних условий (пыли, влаги, внешних электрических полей, изменения температуры и т.п.) вследствие неидентичного изменения емкости конденсаторов, 2О образующих дифференциальную систему таких датчиков, а также из-за наличия краевых эффектов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является дифференциальный емкостный датчик перемещения, 25 содержащий электропроводный корпус с подвижной и неподвижной частями и два конденсатора, .образующие дифференциальную систему, один из электродов каждого из которых закреплен с помощью изолятора на неподвижной части корпуса, а другой — на его подвижной части, связываемой с контролируемым объектом в процессе измерения.

Электроды обоих конденсаторов емкостного датчика выполнены в виде плоских пластин. Принцип действия его основан на противоположном по знаку изменении зазоров между плоскими пластинчатыми электродами датчика(2).

Недостатками этого датчика являются его ограниченная стабильность и точность, обусловленные влиянием изменения внешних условий в процессе эксплуатации (изменением размеров электродов и зазоров между ними под действием температуры, осаждением на поверхности электродов пыли, влаги, случайных примесей и т.п., влияющих на диэлектрические. свойства внешней среды, изменением состояния поверхности электродов датчика, например из-за коррозии, а также наличием на торцах электродов краевых электрических полей, подверженных воздействию внешних факторов, которые вызывают флуктуацию емкости датчика, носящую случайный характер).

Цель изобретения - повышение точности измерения.

989318

Поставленная цель достигается тем, что дифференциальный емкостный датчик перемещения, содержащий. электропроводный корпус с подвижной и неподвижной частями и два конденсатора, образующие дифференциальную систему, рдин из электродов каждого из которых закреплен с помощью изолятора на неподвижной части корпуса, а другой — на его подвжкной части, связываемой с контролируемым объектом в процессе измерения, снабжен двумя парами защитных электродов, электроды одного из конденсаторов выполнены в виде плоских колец, а его пара защитных электродов — в виде двух коаксиальных цилиндров, образующих совместно с кольцевыми электродами тороид прямоугольного сечения, электроды второго конденсатора выполнены в виде двух коаксиальных цилиндров, а его пара защитных электродов в виде плоских колец, образующих совместно с его цилиндрическими электродами второй тороид прямоугольного сечения, лежащий в той же плоскости, что и первый тороид, коаксиально с 25 ним.

Кроме того, в качестве защитных электродов датчика могут быть использованы участки поверхности подвижной и неподвижной частей корпуса. ЗО . На фиг. 1 схематично изображен дифференциальный емкостный датчик перемещения, каждый из конденсаторов которого содержит пару потенциальных и пару защитных электродов, попереч- 35 ное сечение; на фиг. 2 — вариант исполнения, в котором в качестве защитных электродов используются участки поверхности подвижной и неподвижной частей корпуса. 40

Дифференциальный емкостный датчик перемещения содержит электропроводный корпус, на неподвижной и подвижной частях 1 и 2 которого размещены потенциальные электроды 3 и 4 первого„ конденсатора, закрепленные с помощью изоляторов 5 и 6.в соответствующих кольцевых выточках корпуса датчика.

Пара защитных электродов 7 и 8 этого конденсатора, выполненная в виде коаксиальных цилиндров, закреплена с помощью изоляторов 9 и 10 на неподвижной части 1 корпуса. Потенциальные электроды 11 и 12 второго конденсатора, также закрепленные на неподвижной части 1 корпуса с помощью изоляторов 13 и 14, Имеют форму коаксиальных цилиндров. Защитные электроды

15 и 16 второго конденсатора, выполненные в виде плоских колец, закреплены с помощью изоляторов 17 и 18 Я), на относительно подвижных частях 1 и 2 корпуса датчика. Соответствующие пары потенциальных и защитных электродов обоих конденсаторов образуют коаксиально размещенные и лежащие в одной плоскости тороиды прямоугольного сечения. Защитные электроды заземлены. В варианте исполнения (фиг. 2) в качестве защитных электродов используются соответствующие участки поверхности подвижной и неподвижной частей корпуса. Для облегчения операции установки и градуировки датчика подвижная часть 2 корпуса крепится к его неподвижной части 1 с помощью упругой центрирующей шайбы 19 и крепежных резьбовых колец 20 и 21, которые после настройки датчика удаляются.

Конденсаторы с указанным выполнением электродов относятся к категории так. называемых конденсаторов с перекрестными связями.

Характерной особенностью таких конденсаторов является неизменность емкости между парами электродов при симметричном сближении или удалении этих пар к оси симметрии конденсатора или от нее. Такие перемещения обычно и возникают под воздействием температуры, при оседании пыли, влаги и т.д. Сближение потенциальных электродов конденсатора с перекрестными связями вызывает увеличение его емкости, а сближение его защитных (заземленных) электродов вызывает уменьшение его емкости.

Датчик работает следующим образом, При уменьшении (увеличении) зазора между неподвижной и подвижной частями 1 и 2 корпуса уменьшается (увеличивается) расстояние между электродами 3 и 4 первого конденсатора, вследствие чего его емкость увеличивается (уменьшается). .При этом емкость между электродами 11 и 12 второго конденсатора уменьшается (увеличивается) благодаря сближению (расхождению) его заземленных защитных электродов 15 и 16 (или соответствующих участков поверхности подвижной и неподвижной частей 1 и 2 корпуса).

Благодаря дифференциальному выполнению датчика результирующее изменение емкости между его потенциальными электродами удваивается.

Для достижения наилучшей стабильности датчика необходимо обеспечить в его исходном состоянии равенство перекрестных емкостей обоих конденсаторов. С этой целью размеры электродов и зазоров между ними в обоих конценсаторах, а также соотношение сторон прямоугольного сечения обоих тороидов определяются из условия равенства емкостей между потенциальными электродами обоих конденсаторов при заземленных защитных электродах.

За счет того, что в данном дифференциальном емкостном датчике его конденсаторы с перекрестными связями имеют "замкнутую" конструкцию, т.е. выполнены в виде тороидов прямоуголь989318

Формула изобретения

0 И fS 1В .12 1Ф ного сечения, они фактически не имеют краевого эффекта.

Погрешности измерения, возникающие при оседании пыли, влаги, паров ,и т.д., уменьшены практически на по-, рядок по сравнению с известными дифференциальными емкостными датчиками перемещения (зазоров). Креме того, данный датчик нечувствителен к угловым перемещениям. т.е. к непараллельности его измерительных электродов, 10 так как изменение емкости датчика с одной стороны тороида вызывает такое же изменение емкости, но другого знака, с другой его стороны. При достаточно больших диаметрах обоих то- 15 роидов> т.е. незначительном отличии их размеров, может бытт достигнута практически полная компенсация влияния температуры.

1. Дифференциальный емкостный датчик перемещения, содержащий электропроводный корпус с подвижной и непод- $$ вижной частями и два конденсатора, образующие дифференциальную систему, один иэ электродов каждого из которых закреплен с помощью изолятора на неподвижной части корпуса,.а другой— на его подвижной части, связываемой

ВНИИПИ Заказ 11104/56

Тираж 600 Подписное илиал IIIIII атент

r.Óæãîðoä,óë.Ïpoåêòíaÿ,.4 с контролируемьм объектом в процессе измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен двумя парами защитных электродов, электроды одного из конденсаторов выполнены в виде плоских колец, а его пара защитных электродов - в виде двух коаксиальных цилиндров, образующих совместно с . кольцевыми электродами тороид прямоугольного сечения, электроды второго" конденсатора выполнены в виде двух коаксиальных цилиндров, à его napa защитных электродов - в виде плоских колец, образующих совместно с его цилиндрическими электродами второй тороид прямоугольного сечения, лежащий в той же плоскости, что и первый тороид, коаксиально с ним.

2. Датчик по п. 1, о. т л и ч а юшийся тем, что в качестве защитных электродов датчика используются участки поверхности подвижной и неподвижной частей корпуса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ферейт Й. Емкостные датчики незлектрических величин. М.-Л., "Энергия", 1966, с. 28-31.

2. Ацюковский В. A. емкостные преобразователи перемещений. И."Л., "Энергия", 1966, с. 108 (прототип).