Емкостный дифференциальный датчик перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет измерять перемещения в различных областях машиностроения .

Цель изобретения - упрощение конструкции емкостного дифференциального датчика перемещений при снижении трудоемкости и стоимости его изготовления за счет соответствующего выполнения межсекционных соединений между его электродами.

На фиг. 1 показан схематично емкостный датчик, поперечное сечопие; на фиг, 2 - вид А на фиг. 1 , - лек- троды датчика, предназначенные лпя измерения угловых перемеикчии ; ил фиг, 3 - вид Б на фиг. 1 при услсп31

но прозрачных диэлектрических пластинах.

Емкостный дифференциальный датчик перемещений содержит электрически соединенные через одну секции 1 и 2 потенциального электрода , которые образуют две группы, размещенные на противоположных плоскопараллельных сторонах диэлектрической пластины 3, установленной с возможностью перемещения между двумя неподвижными диэлектрическими пластинами 4, на внутренних сторонах которых, обращенных к группам секций 1 и 2 потенциального электрода, расположены секции 5 и б токового электрода, электрически соединенные через одну и также образующие две группы секций. Ширина и расстояние между секциями потенциального электрода выполнены равными ширине секций токового электрода и ргшны а . Секционнрова1П1ый экранирующий электрод, соедннеиный с общей точкой прибора, имеет секции 7 с такой же шириной а, как н секции 1,2 потенциального или 5-6 токового электродов, и размещены на нодвижной пластине 3 между секциями 1 и 2 потенциального электрода о Группы секций

Iи 2 потенциального (или 5-6 токового электродов) смещены одна относительно другой на половга1у ширины их секций, т.е на а/2. В }зар1;;лп е исполнения (не показан) секции потенциального электрода могут быть размещены на неподвижных пластинах 4,

а секции токового электрода - на подвижной пластине 3. Секции 5-6 токового электрода соединены на пластинах 4 при помощи концентрических соединительных проводников 8,1 8о4, Проводники непосредственно прилегают к соединяемым секциям токового электрода, а их радиусы R, и К„ равны соответственно внешнему

IIвнутреннему радиусам этих секций„ На поверхность пластин 4 за пределами секций 5-6 токового электрода и примыкающих к ним проводников

8.1 - 8.4 нанесено экранирующее покрытие 9.

Секции потенциального электрода на обоих сторонах подвижной пластины 3 соединены при помощи концентрических проводников 10.1 - 10.4. Радиусы Rg проводников 10.1 и 10.3 меньше соответствующих радиусов R

044934

проводников 8.1 и 8„3, а радиусы R проводников 10.2 и 10.4 - больше радиусов R соединительных проводг НИКОВ 8.2 и 8.4 между секциями 5-6 токового электрода„ Секции 1-2 потенциального электрода присоединяются к соответствующим концентрическим проводникам 10.1 - 10,4 при по10 мощи радиальных отподов 11,1 - 11.4 от углов этих.секцийо Ширина соединительных проводников 8.1 - 8.4 между секциями токового электрода, а также ширина радиальных отводов

15 11.1 - 11.4 равна д , причем Л ; q .

Емкостный дифференциальный датчик перемещений работает следую1дим образом.

В начальном положении датчика

правый край секции 1 потенциального электрода удален от линии раздела секций токового электрода на 1/4 часть ее ширины. Секция 2 потенциального электрода в этом положении заземлена. При линейном (х) или угловом (оС) переме1цении потешдиально- гр электрода емкость С между секциями 1 потенциального электрода

и секциями 5 токового электрода

уменьшается, а емкость С между их секциями 2 и 6 увеличивается. Добавочной частью в емкостях С( и С, зависящей от площади взаимного перекрытия этих электродов, является емкость йС, обусловленная площадью ортогональных проекций радиальных отводов 11.1 и 11.2 на плоскость токового электрода. При реализации в блоке преобразования сигналов (не показан) подключаемом к группам секций 5-6 токового электрода,

С - Ci ,

функции, имеющей вид об -2

(где oi - измеряемое, например,

угловое перемещение), с учетом указанных добаво шых eMKocTei i Д С получаем следующую зависимость

oL

С а С( 4С Сг + ЛС 2 Ct а С7 .С 2

Так как величина UC малая и практически неизменная, то она не будет вносить погрешности в результат измерения, поскольку липгь уменьшает

5

крутизну функции преобразования дат ч ик а.

Концентрические проводники Ю 10.А на потенциальном электроде не вносят добавок в величину емкости С и Cj, так как они заэкранированы металлизированным экранирующим покрытием 9 о

При достижении секций 1 потенциального электрода положения, когда ее правый край не доходит на 1/4 ширины секции до следующей лини раздела токового электрода секция 1 заземляется и аналогичным образом изменяется емкость между секциями 2 потенциального электрода и секциями 6 и 5 токового электрода. Аналогично вышеописанному происходит компенсация влияния дополнительных емкостей ДС, обусловленных проекцией радикальных отводов 11.3 и 11.4 на плоскость секций токового электрда.

При дальнейшем изменении величины углового перемещения оС (или линейного перемещения У ) измерение вновь ведется по группе секций 1 потенциального электрода и т.д.

Таким образом, весь диапазон измеряемых перемещений, равный 2а, оказывается разбитым на четире поддиапазона, внутри каждого из которых измерение осуществляется так, что край секции п : тенциального электрода не подходит к краю секции токового электрода ближе, чем на 1/4 часть ее ширины. Поэтому радиальные отводы от секций потенциального эле

трода, расположенные в углах, оказываются максимально удаленными от линий раздела токового электрода, что снижает влияние краевого эффекта на результат измерения.

Благодаря описанному выполнению межсекциониых электрических соединений электродов емкостного датчика устраняется необходимость выполнения внешних выводов на обратную сторону (или торцы) диэлектрических пластин от каждой секции потенциального электрода. Внешние выводы делаются только от концентрических проводников, соединяющих эти секции Обычно электроды изготавливаются методом напыления тонких проводяпщ пленок на диэлектрические пластины (стекло, керамику, ситалл), Чтобы сделать внешние выводы, необходимо

0

данный диэлектрик просверлить, что трудоемко. Поскотгьку количество секций для датчиков тако1-о типа может достигать десятков и сотен, то соединение секщ1Й при помопц кoнг eнтpи- ческих проводников в плоскости самих секций позволяет немного уменьпгить количество отверстий для выводов, что снижает трудоемкость и стоимость изготовления емкостного датчика. Точность измерения при этом не снижается.

Формула изобретения Емкостный дифференциальный датчик перемещений, содержащий две неподвижные диэлектрические пластины и установленную в зазоре между ними с возможностью перемещения вдоль их поверхности третью пластину, размещенные на них секционированные потенциальный, экранируюп ий и токовый электроды, ширина а секций которых одинакова, секции потенциального и

5 токового электродов размещены на обращенных одна к другой поверхностях диэлектрических пластин и объединены с помощью межсекционных электрических соединений в группы, сме0 щенные одна относительно другой на половину ширины одной секции, а сек- иин экранирующего электрода разметены в промежутках между секциями потенциального электрода, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции при снижении трудоемкости и стоимости его изготовления, межсекционные электрические соединения токового и потенциального электродов расположены в тех же плоскостях, что и секции соответствующих электродов, и выполнены в виде двух пар концентрических проводников, примыкающих к секциям токового электрода, и двух пар концентрических проводников, присоединенных к секциям потенциального электрода через радиальные отводы от углов этих секций, ширина концентрических соединительных проводников, примыкающих к секциям токового электрода, а также радиальных отводов от углов секций потенциального электрода выбрана из условия t, i а , а на участки поверхности диэлектрических пластин за пределами секций токового электрода и концентрических соединительных проводников между ни- ми нанесено экранирующее покрытие.

5

0

5

0

5

Фаг.1 ,f{,

8.2 /аг

пг

Изобретение относится к измерительной технике. Цель - упрощение конструкций емкостного дифференциального датчика перемещений, последний содержит секционированные потенциальный, токовый и экранирующий электроды, размещенные на обращенных одна к другой поверхностях трех диэлектрических пластин, установленных параллельно одна другой с возможностью линейного или углового перемещения одной из них относительно двух других, между которых она установлена. Упрощение конструкции датчика при сохранении его точности обеспечивается за счет уменьшения количества отверстий в диэлектрических пластинах, благодаря выполнению межсекционных электрических соединений токового и потенциального электродов в тех же плоскостях, что и секции соответствующих электродов. Эти соединения между секциями токового электрода, объединенными в две группы и расположенными на внутренних поверхностях неподвижных пластин, выполнены в виде двух пар концентрических соединительных проводников разного диаметра, с разных сторон непосредственно примыкающих к соответствующим секциям токового электрода. Соединения между секциями потенциального электрода, также объединенными в две группы, которые размещены с противоположных сторон подвижной диэлектрической пластины, выполнены в виде двух пар концентрических проводников другого диаметра, присоединенных к соответствующим секциям через радиальные отводы от углов этих секций. 3 ил.

8.11 9 /Otf S

S П

.J