Емкостный измеритель перемещения Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

Ичобротение относится к ичмери- тельноГ) технике и почноляет нчмернть перемещения и различных областях машиностроенич.

Цель изобретения - повьппеиие точности и чувствительности и уменьшение .габ-притов емкостного ичмери- теля перемещения за счет ослабления влияния краевых эффектов и уменьшения расстояния между потенциальным и токовым электродами емкостног о датчика.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема емкостного измерителя перемещения.

Устройство содержит Г енератор I питаЕ1ия, один вывод которого соединен с общей точкой измерителя, а друго - подключен через коммутатор 2 к группам секций 3 и А потенциального электрода емкостного дифференциального датчика 5 перемещений. Эти группы секций размещены на внешних плоскопараллельных сторонах диэлектрической пластины 6, установленной с возможностью перемещения между дпумя неподвижными параллельными пластинами 7, на внутренних сторонах которых расположены секции токовог о электрода, электрически соединенные через одну в две группы секций 8 и 9 Ширина и расстояние между секциями потенциального электрода выполнены равными ширине секций токового электрода. Группы секции токового электрода подключены к коммутируемым входам коммутатора 10, к выходам которого присоединены диф(1еренциаль- ные обмотки II и 12 компаратора 13 токов, содержащего также последовательно соединенные обмотку 14 смещения и обмотку 15 с регулируемым числом витков, которые подключены между точкой соединения дифференциальных обмоток 11 и 12 и обшей точкой измерителя.

Выходная указательная обмотка 16 компаратора 13 токов подключена к входу детектора 17 равновесия, выход которого связан с подвижным контактом 18 регулируемой обмотки 15 компаратора токов. Переключение коммутаторов осуществляется с помощью блока 19 управления, подключенного к управляющим входа коммутатора 2 и 10. Эти коммутаторы вьтолнены идентично в виде сдвоенных переключателей, подв1шные контакты которых под5

КЛЮЧОНМ к секциям по I (ЧШНЛЛННОГО и

токоного -)лек грчдон емкпстис го датчика S, а (оппдцижныо контакты - к iibtHMaM (рат()ра I н к диф 1ерен11 ,1.:.ц.ным обмотк II и 12 комцарато- рп IS токоп соответс гненно.

Кмкостиый датчик 5 перемещения содержит также секционированныГ экранирующий электрод, соединенный

с общей точкой. Секции 20 экранирующего электрода имеют такую же щири- ну, как секции 3 и 4 потенциального и сркции 8 и 9 токового электродов и размещены ла пласти)1е 6 между сек- циями 3 и 4 потенциального электрода. Группы секций 8 и 9 токового или 3-4 потенциального электрода смещены одна относительно другой на половину ширины их секци11. 15 варианте ис- полнения ( ie показан) секции потен- шального электрода могут быть размещены на неподвижных пластинах, а секции токового электрода - на подвижной Пластине.

Емкостный измеритель перемещений работает следующим образом.

С помощью коммутатора 2 напряжение генератора I подается на ту группу секций потешдиального электрода ем0 костного датчика 5, которая смещена относительно линии раздела секции противолежащего токового электрода не более, чем на 1/4 часть ее щирины. Другая группа секции попенциального

5 электрода при этом подключается с

помощью того же коммутатора 2 к общей точке измерителя. Под действием приложенного напряжения между соответствующими группами секций, например,

0 4 и 9 токового и потенциального электродов протекают токи, которые через коммутатор 10 поступают на компаратор 13 токов. Эти токи, протекая по дифференциальным обмоткам 11 и 12

5 компаратора токов, создают в нем магнитный поток, вызывающий появление сигнала неравновесия в указательной обмотке 16 компаратора. Под действием этого сигнала на выходе детектора

0 17 равновесия вырабатывается регулирующее воздействие, посредством которого обеспечивается изменение числа витков регулируемой обмотки 15 компаратора токов до тех пор, пока не

5 достигнуто равновесие - нулевой магнитный поток в компараторе токов.

В положении равновесия компаратора токов справедливо следующее равен. 12326

С гно, снячынлкчцс С пччоряе мое перемещение X с плрлметрлчи емкостного ir.j- мсфителя :

X

.1Л- с, .

С, + с,

,

где W и W - чипы пи г кои обмоток I1 (или 12 и 15 ком компаратора токов; я - ширина секций электродов датчика;

С и С - емкости жду соот- ветствчалпигми группами секций поте1П1иаль ного и токового электродов .

Если измеряемое перемеиение изменяется так, что вк.гпочснная в данный момент группа секций потенциального электрода отклоняется от осе- вой линии противолежащих секций токового электрода более, чем на + 1/4 ширины, то при ЦОМОП1И коммутатора 2 по сигналу блока I9 управления подключают к генератору 1 дру- гую группу секций потенциального электрода и продолжают пямерение. При дальнейшем изменении перемещения X измере 1ие вновь ведут по первой группе секций 1юте1щиального электрода, но с помощью коммутатора 10 изменяют полярность подключения дифференциальных обмоток компаратора 13 токов к группам секций токового электрода датчика и т.д.

Таким обраяом, весь диапазон изме ряемых перемещений, равны; ) 2а, ока зывается разделенным на четыре под - диапазона, внутри каждого из которых измерение осуществляется так, что край секции потенциального элек трода не подходит к краю секции токового электрода ближе, чем 1/4 част их ширины. Это снижает влияние краевого эффекта на результат измерения.

с-

Кроме того, поскольку расстояние (чазор) между поверхностями токового и потенциального электрода уменьшено в несколько раз по сравнению с известным емкостным измерителем, в зазоре которого размешен секционированный экранирующий электрод, в предлагаемом измерителе обеспечено повышение чувствительности и уменьшение нелинейности поля на краях

поддиапазонов измерения, где она мак симальная, а следовательно, обеспечено уменьшение срответствчтощей составляющей погрещности измерения

2326

10

15

- --s-ь

30

40

45

50

- 55

О4

I Ht CKojHiKo десятков рач. Таким (брл- , iioiuniiafTcn точность- и уменьшаются габариты eMKOCTFioro ичмери1еля перемещений,

Формула изобретения

1. Емкостный измеритель перемещения , содержащий генератор, сч1ин вывод которого с общей точкой измерителя, емкостньй дифАеренциаль- Hbiii датчик перемещения с потенциальным, секционированным, экранирующим, соединегшым с общей точкой, и секци- онирчванным токовым элект1 одом,, nepBhiii коммутатор с присоединенным к его управляющему входу блоком управления, детектор равновесия и ком- компаратор токов с двумя диф(11еренци- соединенными обмотками с подключенными между -их точкой соединения и общей точкой последовательно соединенными обмоткой смещения и обмоткой с регулируемым числом витков и с подключенной к детектору равновесия указательной обмоткой, секции .токового электрода электрически соединены через одну, образуя две группы, подключенные к коммутируемым входам первого коммутатора, к выходам которого присоединены дифференциальные обмотки компаратора токов, а выход детектора равновесия связан с по- дви+;ным контактом регулируемой обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности и уменьшения габаритов, он снабжен вторым коммутатором, включенным между генератором и выполненным разделенным на секции по- тешщальным электродом, ширина и расстояние между которыми равны ширине секций токового электрода, секции потенциального электрода размещены . на внешних плоскопараллельных сторонах пластины, установленной с возможностью перемещения между двумя неподвижными параллельными пластинами с расположенными на их внутренних сторонах секциями токового электрода, и объединены в две группы, группы секции токового или потенциального электрода смещены одна относительно другой на половину ширины их секций, а секции экранизирующего электрода размещены между секциями потенциального электрода.

51252653

по п. 1, о т л и - тем, что оба коммуидентично в виде чателей, подвижные подключены к секцитр дв ка ге

6

циям токового и потенциального электродов eMKoctHoro датчика, а неподвижные - к дифференциальным обмоткам компаратора токов и к зажимам генератора соответственно.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность, и чувствительность и уменьшить габариты емкостных измерителей перемещеиия, выполненных с секционированными электродами. Емкостный измеритель перемещения содерг- жит генератор, детектор равновесия, емкостный датчик перемещений с секционированными потенциальным и токовым электродами, компаратор токов с двумя дифференциальными обмотками, подключенньми через последовательно соединеииые обмотку смещения и регу- лируе йую обмотку к общей точке измерителя, а также с указательной обмоткой, подключенной к детектору равновесия, и два коммутатора, один из которых включен между токовыми электродами датчика и дифференциальными обмотками компаратора токов, а другой - между генератором и секциями потенциального электрода. Секции экранирующего электрода, ширина которых равна щирине секций потенциального и токового электродов, размещены в промежутках между секциями потенциального электрода на двух сторонах плоской пластины, установленной с возможностью перемещения между двумя неподвижные пластинами, на внутренних сторонах которых размещены секции токового электрода. В процессе измерения перемещений с помощью ко)1мутаторов подается напряжение то на одну, то на другую группу секций потенциального электрода и сн1гмается сигнал то с одной, то с другой группы секций токового электрода. Этот сигнал поступает на дифференциально соединенные обмотки компаратора токов и далее - на детектор равновесия, по сигналу которого обеспечивается изменение числа витков регулируемой обмотки KoMnajJaTopa токов. Это число витков и положение коммутатора однозначно определяют величину измеряемого перемещения в диапазоне 2а, где а - ширина одной секции электродов емкостного датчика. 1 з.п. ф-лы, I ил. § (Л ю У1 ю Э5 л

Редактор М.Бланар

Составитель С.Скрыпник

Техред М.Ходанич Корректор М.Шароши

Заказ 4615/43 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,4