Емкостный измеритель угловых перемещений Советский патент 1986 года по МПК G01B7/30 

1

Изобретение относится к измерите,;1ьной технике и может быть использовано для из-

мерения уг, 1овых перемен;ений.

Цель изобретения - расн1ирение диапа- 3()на измерений емкостно1Ю датчика угла до 180° нутем ;1инеаризации его преобразования в этом диапазоне с номон1,ью экранирующих электродов в еочетании с кор- ректируюн1им конденсатором заданной емкости.

На фиг. 1 ноказан емкостный и; меритель угловых перемещений, общий нид; на ф Иг. 2 -- е.мкостный датчик угла, нопе)ечное сечение.

Емкостный измеритель угловых перемещений содержит емкостный датчик угла, нрямоугольные э;1ектроды 1 и 2 которого имеют общую ось 3 (вращения, с которой совмещена линия нересечения активных внутренних новерхностей этих электродов или их продолжения. Один и; электродов датчика угла, например, неподвиж1П)1Й элект- род 2, окружен размец;енным с нн.м в плоскости охранпым электродо.м 4. Экрани- руюн1ий электрод 5, В1 п1олненный в виде полого ци.чнндра, ось которого совмещена с осью 3 вранхе1щя прямоуголь11ых электродов 1 и 2 емкостного датчика, электриче- ски соединен с охранным электродом 4, присоединенным к общей точке заземления и,in эквипотенциальной ей точке. Прям()угол1)Пые электроды 1- и 2 или хотя бы одии из них экранированы снаружи мета. клическим слоем, вынолнепным на тех же изолированных подложках, что и нрямоугольные электроды 1 и 2 емкостного датчика. Ввиду этого между этими поверхностями электродов умен1 щается наразнтная связ1. ...у эпектродамн 1 и 2 вк,:1ючена изме 1ительпая. схема G, которая предназначена д,1Я контроля величины, обратно npOHOpHiioHa.iijiioii измеряемой емкости С,; между этими электродами, ,ейся информативным параметром yr,:ia (( между нимн, зависящего от уг. ювого ноложения об ьекта контроля (не показан). Между этими же электродами 1 и 2 емкостного датчика подк.лючс корректирующий копдепсатор 7.

Нмкостпый измеритель угловых переме- П1еннй работает следуюнчим образом.

При изменении углового положения об 1з- ектна изменяется угол (р между прямоугольными электродами 1 и 2 емкостного датчика, что ириводит к изменению емкости S,, между ними, обратная величина которой из.меряет- ся с номощью схемы 6, нредета1 ляюп1ей собой, па |ример, мостовую схему пзмереиия. В емкостном датчике yi Jia, имеюгцем описанную ко 1струкцию н цилиндрический экранирующий э, 1ектрод, величина С. между электрода.ми е изменяюн1имся у1-,човым но , ожением определяется следующим соотпо- тением:

1 .- -т , L

- i у .,

(1)

2. (

У

;2;

С, + (f

Sf/:#-.

(3)

5

о и b

0 5 о

/

/ -абсолютная диэлектрическая проницаемость среды между электродами емкостного датчика;

длина параллельной оси 3 вращения стороны прямоугольного электрода 2, снабженного охранным электродом 4;

радиус Ешутренней поверхности цилиндрического экранирующего электрода;

-расстояния от оси параллельных ей удаленной сторон, прямоугольного электрода, снабженного охранным электродом.

При b R, т. е. при практическом совпа- л.ении удаленной стороны прямоугольного электрода 2, параллельной оси 3 врапдения, с об|)азуюндей внутренней поверхности экранирующего цилиндрического электрода 5, составляюп1ая С становится равной

3 вращения до ближайц ей и соответственно.

С, 2фп2 const.

;41

0 5 о

5 -

0

0

При (240,1/, т. е. при достаточно не- болыпой ширине охранного электрода 4 на участке между осью 3 вранхения и ближай- Н1ей к ней параллельной стороной прямоугольного неподвижного электрода 2 по сравнению с радиусом внутренней поверхности экранируюндего электрода 5, величина составляющей С-) стремится к нулю в диапазоне углов ((; 5С.

Поэтому включение корректирующего конденсатора 7 юстоянной емкости, численно равной С|, нараллельно измерительным прямоугольным электродам 1 и 2 емкостного .чатчика, позволяет исключить С из уравнения (I), благ одаря чему на выходе емкостного измерителя угловых перемещений получают практически линейную, однозначную в диапазоне угла q, О--180° функцию преобразования, которая представляет собой зависимость емкостного сопротивления 1/шС. в функции угла у. Нелинейность функции преобразования угла в этом диапазоне не нревьппает 0,7%. Высокая помехо- занц-ицепность и компактность конструкции, а также стабильность функции преобразования позволяют использовать емкостный измеритель угла также и в диапазоне 180 - 360°, что не в.лечет за собой усложнения его конструкции, хотя нелинейность характерис- преобразования при этом монотонно возрастает от 0,7 до 10%.

Формула изобретения

. С.мкостный измеритель угловых перемещений, содержащий емкостный датчик.

угла, образованный двумя плоскими, установленными с возможностью поворота один относительного другого прямоугольными электродами, активные поверхности электродов пересекаются по прямой, совпадающей с их осью вращения, а один из них окружен размещенным с ним в общей плоскости охранным электродом, и подключенную к прямоугольным электродам измерительную схему для контроля величины, обратно пропорциональной емкости между этимп электродами, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона измерений, он снабжен экранирующим электродом, электрически соединенным с охранным электродом и выполненным в виде полого цилиндра, ось которого совмещена с осью вращения прямоугольных электродов, и включенным

между прямоугольными электродами корректирующим конденсатором.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что радиус внутренней поверхности цилиндрического экранирующего электрода равен расстоянию от оси вращения прямоугольных электродов до более удаленной от нее стороны прямоугольного электрода, окруженного охранным электродом, а емкость С корректирующего конденсатора выбрана равной

C 2e|-&t2,

где е - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды между электродами емкостного датчика угла; / -длина параллельной оси вращения стороны прямоугольного электрода, окруженного охранным электродом.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширить диапазон измерения углов емкостного измерителя угловых перемещений до ±180°. Емкостной датчик угла содержит два установленных с возможностью поворота один относительно другого вокруг общей оси вращения прямоугольных измерительных электрода, один из которых снабжен заземленным охранным электродом. Эти электроды помещены внутри полого цилиндрического экранирующего электрода, ось которого совпадает с осью вращения прямоугольных электродов. Экранирующий электрод заземлен, а параллельно измерительным электродам включен корректирующий конденсатор, емкость которого выбирается в соответствии с заданным математическим выражением, включающим в себя размеры измерительного и охранного электродов. При работе датчика паразитные составляющие измеряемой емкости между активными поверхностями расположенных под углом прямоугольных измерительных электродов компенсируются, что повыщает линейность характеристики преобразования емкостного измерителя угла в щироком диапазоне измеряемых углов. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. to (Л го j; 00