Емкостный датчик Советский патент 1986 года по МПК G01B7/06 G01G7/06 G01L9/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния до объекта контроля с высокой точностью, а также в. точных весах и мано- метрах.

Цель изобретения - повышение точности и информативности контроля путем компенсации погрешности, вызываемой перекосами электродов в емкост- ных датчиках зазора с плоскопараллелными электродами, а также путем по- лу.чения сигналов, информативно связанных с величиной непараллельности (перекоса) электродов датчик а,

На чертеже схематично показа на конструкция емкостного датчика для измерения расстояния до объекта.

Емкостный датчик содержит плоский, например, круговой электрод 1, предназначенный дпя установки на объекте контроля, а также отделенны от него зазором h и размещенные концентрически в общей плоскости центральный круговой электрод 2, изолированные от него и один ст другого два кольцевых электрода 3 и 4 и окружающий их внешний заземленный электрод 5, являющийся охранным. Ра

диус RJ центрального круг ового элек- трода 2 равен внутреннему радиусу Rj первого кольцевого электрода 3, внешний радиус R которого в раз превьш1ает его внутренний радиус Rj . Площадь второго кольцевого электрода 4 равна площади центрального кругового электрода 2.

При работе емкостного датчика мерой измеряемого расстояния h до обЪ1- екта контроля является .разность частичных емкостей C,j., и С.(, представляющих собой соответственно емкость между двумя круговыми электродами 1 и 2 и емкость первого кольцевого электрода 3 относительно первого кругового электрода 1, установленного на объекте контроля.

Емкости Cj, и С., с учетом непараллельности (перекоса) электродов емкостного датчика определяются следующими выражениями:

RlsinV

- --p-- +

... 1 ,

(О

где - диэлектрическая проницаемость среды между электродами дат- MHKaj

R. ос. h - зазор между электродами 1 и ;

радиус центрального кругового электрода 2; угол относительного перекоса электродов 1 и 2,

-F «:- --4-i - --.«

Rj и R.J - внутренний.и внешний

радиусы кольцевого электрода 3.

Если радиусы R, и R. в выражени(1) и (2) равны, то разность уканых емкостей

4s . i

-С,-,

ei ). i2R,,R,isinj.,j

et

h

При R

R-52- (3) соотношение (3)

упрощается вследствие устранения составляющей, содержащей , т.е. , обусловленной углом «б перекоса электродов емкостного датчика. Члены ряда, представленные в выражениях (1)- (3) многоточием, имеют,более высокий порядок малости, так как их сумма в 10-15 раз меньше величины члена ряда, содержащего sin oi. Таким образом, общая погрешность измерения от влияния перекоса уменьшается в несколько раз,

Так как равные по площади электроды (2 и 4), установленные строго параллельно относительно общего трода 1, имеют одинаковые частичные емкости, то при появлении перекоса (непараллельности) их частичные емкости изменяются неодинаково, так как радиусы этих электродов не равны.

Таким образом, разность частичных емкостей С.,-и С., равных по площади электродов относительно противолежа-.; щего им электрода t является мерой уг- ла в6 перекоса электродов емкостного датчика и может вьтолнять индикационную функцию измерения угла поворота объекта.

Указанные частичные емкости могут быт измерены любым известным методом, нап ример при помощи трансформаторных мостов переменного тока. При этом электроды, не участвующие в процессе измерения, должны быть заземлены. Вычисление разностных

значений указанньтх частичных емкое3

тей может быть осуществлено с помощью известных технических средств.

,

Использование предлагаемого датчика позволяет повысить точность измерения расстояний до объекта путем эффективного снижения зависимости результата измерения от перекосо электродов. При заданной точности измерений использование датчика по- зволяет расширить допуски на нёпа- раллельность электродов (примерно в 5 раз), что упрощает и удешевляет его производство. Возможность контроля иепараллельности электродов датчика в процессе изготовления и эксплуатации облегчает технологию его сборки и поверки, поскольку исключается необходимость непользования сложной вспомогательной аппара- туры, например лазерных интерферо- метров для измерения углов перекоса электродов. Получение дополнительной информации об угле поворота объ964

екта повышает информативность контроля .

Формула изобретения

Емкостный датчик расстояния до объекта, содержащий размещенные концентрически в о бщей плоскости центральный круговой, первый кольцевой и внещний заземленный электроды, а также противолежащий им плоский электрод, предназначенный, для установки на объекте, отличающийся тем, что, с целью по- вьшения точности и информативности контроля, датчик снабжен вторым кольцевым электродом, расположенным между первым кольцевым и внещним зазе- млен ным электродами, площадь второго кольцевого электрода равна площади центрального кругового электрода, а внешний радиус первого кольцевого электрода в 42 раз превьппает его внутренний радиус, равный радиусу центрального кругового электрода.

Изобретение позволяет повысить точность измерения расстояния до объекта или eixj изме нений при использовании емкостного датчика с плоскопараллельными электродами пу тем устранения влияния, перекосов (непараллельности) электродов. Кроме того, оно позволяет получить информацию об-угле перекоса, т.е. об изменении углового положения объекта. Емкостный датчик содержит два противолежащих круговых электрода, один из которых окружен двумя из.о- лированными один от другого кольцевыми электродами, расположенными концентрически и лежащими в общей плоскости. Имеется также охранный электрод. При работе датчика мерой измеряемого расстояния между электродами датчика является разность частичных емкостей между его двумя кру- говь{ми электродами и между первым кольцевым и противолежащим круговым электродами. Благодаря соответствующему выбору размеров этих электродов результат измерения не зависит от их перекоса. Разность частичных емкостей двух равных, по площади (центрального кругового и второго кольцевого) электродов относительно противолежащего кругового электрода является мерой перекоса (непараллельности) электродов емкостного датчи- ка. 1 шт. . С СЛ

Редактор А.Огар

Составитель С.Скрыпник

Техред:И.Попович . Корректор,С.Шекмар

Заказ 2556/47 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород,-ул. Проектная,