Емкостный датчик линейных перемещений Советский патент 1991 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых линейных перемещений с повышенной точностью, например для измерения перемещений зеркал интерферометров.

Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности емкостного дотчика линейных перемещений за счет ослабления влияния краевых эффектов на границах раздела его электродов, образующих конденсатор переменной емкости, выходным информативным параметром которого является разность двух перекрестных частичных емкостей.

На чертеже показана конструкция емкостного датчика с коаксиальными цилиндрическими электродами, образующими конденсатор с двумя парами перекрестных рабочих емкостей.

Датчик содержит двр неподвижных полых цилиндрических электрода 1 и 2, жестко закрепленных в экранирующем корпусе 3 и установленных в нем соосно так, что разделяющий их изоляционный промежуток 4 достаточно мал по сравнению с их диаметром. На оси 5 этих электродов коаксиально с ними установлен с возможностью линей-- ного перемещения х вдоль этой оси стержневой электрод меньшего диаметра, состоящий из двух частей 6 и 7, разделенных изоляционным промежутком 8. Подвижный стержневой электрод соединен с объектом контроля (не показан) с помощью штока 9 и установлен в направляющих втулках 10, обеспечивающих строго коаксиальное положение электродов емкостного датчика при перемещениях штока 9. Направляющие втулки заземлены, выполняя функции охранных электродов.

ON ГО О О 00

Емкостный датчик линейных перемещений работает следующим образом.

Поступательное перемещение х объекта контроля, передаваемое штоком 9, вызывает смещение частей 6 и 7 подвижного электрода относительно неподвижных электродов 1 и 2. При этом изменяются значения перекрестных рабочих частичных емкостей так, что увеличение емкости между электродом 1 и частью 6 подвижного электрода происходит одновременно с уменьшением емкости между электродом 2 и частью 7 и наоборот, что обусловлено изменением площади из взаимного перекрытия. Измерение

10

тивной площадью и с переменным расстоянием между электродами. Это заключается в том, что датчик имеет большой диапазон измеряемых перемещений, в нем отсутствуют какие-либо принципиальные ограничения для подвижности штока, обладает значительными значениями рабочих емкостей при больших перемещениях и характеризуется пропорциональной зависимостью между емкостью и перемещением при сохранении высокой разрешающей способности и принципиальной линейности функции преобразования в диапазоне (l/2-5 5)|x I I/2, включая окрестности точки х 0, где

или вычисление разности перекрестных ча- 15 д- воздушный зазор между подвижным и

неподвижным электродами, а I - длина неподвижных электродов.

стичных емкостей датчика позволяет получить линейную зависимость разностной емкости от положения подвижного электрода, а следовательно, и от перемещения х объекта контроля. Соотношение радиусов 20 подвижного и неподвижных электродов может быть произвольным, однако толщина изоляционных промежутков 4 и 8 между электродами, расположенными на общей цилиндрческой поверхности, должна быть 25 по крайней мере в 5 раз меньше разности их радиусов, определяющих ширину воздушного зазора д между ними. Протяженность электродов датчика при этом дожна быть такой, что при заданном диапазоне 30 измеряемых перемещений граница раздела частей 6 и 7 подвижного электрода не приближается к краям неподвижных электродов, т.е. к направляющим втулкам 10 ближе, чем на пять значений разности радиусов 35 подвижного и неподвижных электродов. Длина подвижного электрода должна превышать суммарную длину обоих неподвижФормула изобретения

Емкостный датчик линейных перемещений, содержащий экранирующий корпус, размещенные в нем соосно два неподвижных полых цилиндрических электрода, разделенных изоляционным промежутком, и установленный коаксиально с ними с возможностью перемещения вдоль оси стержневой электрод меньшего диаметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности, стержневой электрод выполнен из двух частей, разделенных изоляционным промежутком, толщина которого, как и толщина изоляционного промежутка между неподвижными цилиндрическими электродами, хотя бы в 5 раз меньше разности радиусов цилиндрических и стержневого электродов, а общая длина обеих частей стержневого электрода превышает суммарную длину

Емкостный датчик линейных ний, содержащий экранирующи размещенные в нем соосно два ных полых цилиндрических элек деленных изоляционным проме установленный коаксиально с н можностью перемещения вдоль невой электрод меньшего диамет чающийся тем, что, с целью п точности и разрешающей спо стержневой электрод выполнен и тей, разделенных изоляционным ком, толщина которого, как и изоляционного промежутка меж вижными цилиндрическими эле хотя бы в 5 раз меньше разност цилиндрических и стержневого э а общая длина обеих частей ст электрода превышает суммарн

ных электродов.

Емкостный датчик совмещает достоин- 40 обоих неподвижных электродов, ства изпестных датчиков с переменной ако1 о

Редактор Н. Бобкова

Ч8 а

Составитель С. Скрыпник Техред М.Моргентал

0

тивной площадью и с переменным расстоянием между электродами. Это заключается в том, что датчик имеет большой диапазон измеряемых перемещений, в нем отсутствуют какие-либо принципиальные ограничения для подвижности штока, обладает значительными значениями рабочих емкостей при больших перемещениях и характеризуется пропорциональной зависимостью между емкостью и перемещением при сохранении высокой разрешающей способности и принципиальной линейности функции преобразования в диапазоне (l/2-5 5)|x I I/2, включая окрестности точки х 0, где

5 д- воздушный зазор между подвижным и

Формула изобретения

Емкостный датчик линейных перемещений, содержащий экранирующий корпус, размещенные в нем соосно два неподвижных полых цилиндрических электрода, разделенных изоляционным промежутком, и установленный коаксиально с ними с возможностью перемещения вдоль оси стержневой электрод меньшего диаметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности, стержневой электрод выполнен из двух частей, разделенных изоляционным промежутком, толщина которого, как и толщина изоляционного промежутка между неподвижными цилиндрическими электродами, хотя бы в 5 раз меньше разности радиусов цилиндрических и стержневого электродов, а общая длина обеих частей стержневого электрода превышает суммарную длину

обоих неподвижных электродов,

Корректор Т Палий

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и разрешающей способности емкостного датчика линейных перемещений, принцип действия которого основан на измерении разности двух частичных перекрестных емкостей датчика. Датчик содержит разметенные в экранирующем корпусе два полых неподвижных электрода располо жемчых КРОСНО и разделенных узким изоляционным промежутком, и установленный коаксиально с возможностью перемещения вдоль оси подвижной стержневой электрод, который состоит из двух частей, также разделенных изоляционным промежутком. Толщина этих изоляционных промежутков должна не менее, чем в 5 раз быть меньше разности радиусов подвижного и неподвижных электродов, благодаря чему обеспечивается взаимная компенсация нелинейности частичных перекрестных емкостей датчика при одновременном измерении разности этих емкостей. 1 ил. fe