Индуктивно-емкостный преобразователь перемещения Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

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

Цель изобретения - повышение точности преобразования перемещений в условиях знач{1тельных механических и других дестабилизирующих воздействий.

На фиг. 1 изображен преобразователь перемещения, поперечное сечение; на фиг. 2 и 3 - продольные экранирующие полосы и щелевые промежутки на обоих основаниях экрана преобразователя; на фиг. 4 - взаимное расположение катущек индуктивности и электропроводных участков экранирующих полос на обоих основаниях экрана; на фиг. 5 и 6 - диаграммы изменения индуктивности L/ катушек индуктивности и емкости С, конденсаторов, образованных соответствующими электропроводными участками экранирующих полос в функции их относительного перемещения х/а, где а - ширина полос, равная щирине щелевых прО1межутков в направлении контролируемого линейного перемещения х; на фиг. 7 - зависимости изменения относительных значений индуктивности AL/Lo и емкости ДС/ЛСмакс преобразователя от относительной величины зазора h/a между основаниями экрана; на фиг. 8 - эквивалентная электрическая схема варианта исполнения преобразователя с пятью катушками индуктивности и пятью кондесаторами, образованными электропроводными полосами многощелевого экрана при их параллельном включении.

Индуктивно-емкостный преобразователь перемещений содержит многощелевой экран, выполненный в виде двух относительно подвижных, прямоугольных, отделенных зазором h оснований 1 и 2, выполненных из диэлектрического материала. На взаимно обращенные поверхности оснований 1 и 2 нанесено электропроводное покрытие, например из меди, разделенное продольными и поперечными п 1елевыми промежутками, образующими в показанном варианте исполнения индуктивно-емкостного преобразователя пять продольных экранирующих полос 3-7 на одном из оснований 1 и пять продольных экранирующих полос 8-12 на другом основании 2 экрана. В этом варианте исполнения преобразователь содержит также пять катушек 13-17 индуктивности, закрепленных на внешней поверхности одного из оснований (здесь - основание 2) и выполненных линейно-протяженными вдоль соответствующих продольных экранирующих полос.

Крайние экранирующие полосы 3 и 7 и 8 и 12 на обоих основаниях выполнены сплошными и отличающимися по щирине b в 2 раза. Внутрилежащие продольные экранирующие полосы имеют в поперечном направлении тот же размер b и разделены поперечными щелевыми промежутками на электропроводные участки, ширина а которых в направлении контролируемого перемещения х одинакова и равна щирине поперечных щелевых промежутков. Угол а наклона поперечных щелевых промежутков на основании 1 экрана отличается от угла р наклона поперечных щелевых промежутков на основании 2 относительно направления контролируемого перемещения X, так что эти щелевые промежутки

расположены одни относитеельно других под острым углом (фиг. 4). Все электропроводные участки каждой продольной экранирующей полосы соединены между собой на каждом из оснований экрана последовательно вдоль направления перемещения х и образуют с противолежащими участками экранирующих полос другого основания конденсаторы С4-9, с 5-10 и Сб-|| переменной емкости, величина которых периодически изменяется в зависимости от площади перекрыQ тия этих участков при перемещении основания 1 относительно основания 2 экрана. Крайние продольные полосы на обоих основаниях образуют конденсаторы Сз-в и €7-12 постоянной емкости, не зависящей от перемещения X. Каждый из этих конденсаторов

5 постоянной и переменной емкости, образованных соответствующими электропроводными участками составного многощелевого экрана, соединены параллельно с соответствующей одной из катущек 13-17 индуктивности (фиг. 8) и подключены к высокочас0 тотному источнику питания переменного тока (1-5 МГц).

Преобразователь работает следующим образом.

Индуктивность каждой из катущек 13- 17 зависит от собственной индуктивности LO и индуктивности, вносимой составным многощелевым экраном, расположенным вблизи этой катущки. Значение вносимой индуктивности ДЬ для каждой катушки определяется суммарной площадью электропроводя0 Щих участков экранирующих полос, нанесенных на основаниях 1 и 2 экрана в зоне их взаимодействия с катушкой. Суммарная площадь электропроводящих участков экранирующих полос для каждой катущки 13- 17 индуктивности имеет свое значение. При

5 перемещении подвижного основания I вдоль направления перемещеения х относительно основания 2 площадь экранирующих полос под катущками 13 и 17 остается неизменной, а под катущками 15-16 изменяется по периодическому закону, близкому к тре угольному со сдвигом фазы на 120° (фиг. 5). Величина емкости конденсаторов, образованных электропроводящими участками экранирующих продольных полос 3 и 8, 4 и 9, 5 и 10, 6 и 11, 7 и 12, также завиg сит от взаимного расположения оснований 1 и 2. При перемещении основания 1 вдоль направления перемещения х относительно основания 2 значение емкости между поло5

сами 3 и 8, 7 и 12 остается неизменным, а значения емкости между полосами 4 и 9, 5 и 10, 6 и 11 изменяются периодически по закону, аналогичному закону изменения индуктивности катушек 14-16 (фиг. 6). Характерно, что для каждой пары продольных экранирующих полос, например 4 и 9, имеет место синфазное изменение емкости и индуктивности соответствующей катушки при относительном перемещении х/а.

Таким образом, максимальное значение индуктивности LM катушки 14 и емкости конденсатора С4 э, образованного продольными экранирующими полосами 4 и 9, имеют место при одинаковых значениях х/а. На стабильность зависимостей индуктивности и емкости от перемещения существенное влияние оказывает-стабильность зазора h между основаниями 1 и 2 (фиг. 7), где величина собственной индуктивности обозначена LO, максимальное значение вносимой индуктивности AL, максимальное значение из- менения емкости обозначено ДС, а максимальное значение изменения емкости при минимальном зазоре h между основаниями 1 и 2 обозначено ДСмакс. В данном преобразователе перемещений для подавления влияния нестабильности зазора h используются крайние катушки 13 и 17 индуктивности и конденсаторы Сз-в и €7-12, образованные крайними продольными экранирующими полосами 3 и 8, 7 и 12. Значения этих ин- дуктивностей зависят только от величины зазора h и других мешающих факторов и не зависят от перемещений х. Значения индуктивности катушек 13 и 17 соответствуют минимальному значению индуктивностей катушек 14-16 при параллельном расположении оснований 1 и 2. В случае непараллельного расположения оснований 1 и 2 воз- можно определить минимальные значения индуктивностей 14-16, так как они связаны со значениями индуктивностей катушек 13 и 17.

Значения емкостей, образованных про- дольными экранирующими полосами 3 и 8, 7 и 12, соответствуют среднему значению емкостей, образованных продольными экранирующими полосами 4 и 9, 5 и 10, 6 и 11 при перемещении основания 1 вдоль направления перемещения х.

Таким образом, в рассмотренном варианте исполнения преобразователя перемещений изменяются десять параметров: пять значений индуктивности и пять значений емкости. Три индуктивности и три емкости изменяются с различными фазами при относи- тельных перемещениях оснований экрана, а две индуктивности и две емкости зависят только от мешающих факторов и главного из них - зазора h, что позволяет скорректировать соответствующую погрешность измерения перемещений.

Синфазное изменение индуктивностей и емкостей преобразователя перемещений поз

воляет увеличить чувствительность и улучшить соотношение сигнал-помеха. Так, например, при параллельном включении индуктивностей и емкостей (фиг. 8) девиация резонансных частот указанных контуров увеличивается и позволяет с большей точностью преобразовать перемещения вдоль направления перемещения х и с больщей точностью корректировать мешающие воздействия (изменения зазора h).

Применение линейно-протяженных катушек индуктивности, взаимодействующих одновременно с большим количеством электропроводящих элементов, позволяет уменьшить погрешность преобразователя перемещений, обусловленную неточностью изготовления отдельных продольных и поперечных щелей за счет интегрального эффекта.

Наличие нескольких, смещенных по поверхности неподвижного основания 2 к ату- шек индуктивности позволяет получить одновременно несколько значений индуктивностей эквивалентных смещению Дх-, dtgo(.H Лхг 2dtgoc, где d - шаг продольных экранирующих полос в поперечном направлении (фиг. 2), а использование нескольких конденсаторов - несколько значений емкостей, эквивалентных тем же смещениям. Это позволяет определить чувствительность преобразователя к перемещению х при различных мешающих воздействиях, влияющих на величину индуктивности и емкости, но не изменяющих геометрию многощелевых экранов, а также учесть влияние мешающих факторов на величину зазора h между основаниями 1 и 2 многощелевых электромагнитных экранов.

Формула изобретения

Индуктивно-емкостный преобразователь перемещения, содержащий установленные с возможностью относительного перемещения многощелевой экран и расположенные по одну сторону от него катушки индуктивности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, многощелевой экран выполнен в виде двух относительно подвижных прямоугольных, отделенных зазором оснований из диэлектрического материала с нанесенным на их взаимно обращенных поверхностях электропроводным покрытием, разделенным щелевыми промежутками, одни из которых выполнены на обоих основаниях вдоль направления их относительного перемещения, образуя продольные экранирующие полосы, а другие - поперек относительного перемещения, разделяя продольные экранирующие полосы, за исключением двух краевых полос, на отдельные электропроводные участки, соединенные последовательно в направлении относительного перемещения оснований, поперечные щелевые

512260146

промежутки на одном основании располо- внешней поверхности одного из оснований жены под острым углом к поперечным ще- и выполнены линейно-протяженными вдоль

левым промежуткам на другом основании,

а катущки индуктивности закреплены на полос.

соответствующих продольных экранирующих

Изобретение позволяет повысить точность преобразования перемепдений в условиях значительных механических и других дестабилизирующих воздействий. Это достигается применением составного многощелевого экрана, образующего конденсаторы С4-9, и Сб-11 переменной (в функции перемещения) и конденсаторы Сз-8 и C7-i2 постоянной емкости индуктивно-емкостного преобразователя перемещений, содержащего также несколько линейно-протяженных катушек индуктивности, соединенных с соответствующими конденсаторами параллельно. Экран состоит из двух диэлектрических относительно подвижных оснований, на внутренних взаимно обращенных поверхностях которого нанесено электропроводное покрытие с продольными и поперечными щелевыми промежутками, с помощью которых формируются экранирующие электропроводные полосы, образующие указанные конденсаторы. Катушки индуктивности выполнены линейно-протяженными вдоль соответствующих экранирующих полос и закреплены на внешней поверхности одного из оснований. Токових- ревой принцип действия преобразователя и отсутствие массивных ферромагнитных деталей позволяют получить преобразователь от.-, носительно легкой конструкции и применить современную технологию напыления для получения многощелевой конструкции. 8 ил. 5 (Л o N3 О5

Фиг.З

13 15

17 16

Lnaxc

LnuH

i16

Фиг. 5

щи

Спакс

Спин

С 5-10

О-5/7-/2

Cif-a

42j

Фиг. 6

X/G

ЛГ

л/.

лСнсш io

1--0,1-/7,5f

-005

ЛС йСнакс

Чо

О

0,10,

Фиг.7

7

L16

l

С7-12

Редактор Н. Тупица Заказ 1978/26

Составитель С. Скрипник

Техред И. ВересКорректор М. Максимишинец

Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Л/Л5Х

Г Г Г uCg-H

I 1ХйГ7-/2

бгг.5