Емкостный датчик микроперемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

Риъ.1 77X777777777777/77777777

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть применено в металлообрабатывающей промышленности, станкостроении и робототехнике при построении прецизионных измерительных устройств для контроля положения рабочих органов станков с ЧПУ, манипуляторов и т.п., для измерения малых прогибов мембран датчиков давления, микрофонов и также в качестве чувствительных элементов сейсмодатчиков.

Известен емкостный преобразователь микроперемещений, состоящий из двух измерительных и одного потенциального электродов, выполненных в виде параллель- ных друг другу токопроводящих стержней и размещенных внутри внешнего экрана. При этом рабочие торцы одного из измерительных и потенциального электродов лежат в одной плоскости, а торец второго измери- тельнбго электрода утоплен относительно этой плоскости на расстояние, равное расстоянию между первым измерительным и потенциальным электродами. При этом к потенциальному электроду подключен ис- точник напряжения, а к двум измерительным электродам - дифференциальный (разностный) усилитель и регистрирующий прибор.

К недостаткам этого устройства отно- сятся недостаточная чувствительность и точность измерений, обусловленная малой амплитудой выходного сигнала, формируемого посредством дифференциального усилителя путем алгебраического вычисления аналоговых измерительных сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому является емкостный датчик микроперемещений, содержащий параллельно установленные неподвижные потенциальный и измерительный электроды, выполненные в виде стержней круглого или прямоугольного сечения, а также разделяющий их внутренний и расположенный снаружи внешний экраны торцы которых лежат в общей пло- скости с рабочими торцами потенциального и измерительного электродов.

Однако этот емкостный датчик обладает недостаточной точностью, обусловленной малой крутизной его выходной характери- стики.

Целью изобретения является повышение точности измерения микроперемещений путем увеличения чувствительности датчика,

Для достижения поставленной цели емкостный датчик микроперемещений снабжен охватывающим внешний экран измерительным щупом, установленным с возможностью возвратно-поступательного

перемещения вдоль его наружной поверхности, и электрически изолированной металлической пластиной,которая закреплена во внутренней полости щупа и расположена параллельно рабочим торцам электродов и экранов датчика.

На фиг. 1 схематично изображена конструкция емкостного датчика микроперемещений, разрез; на фиг. 2 - выходная характеристика в зависимости диэлектрической проницаемости контролируемого объекта: (а) -е 10, (б) - Ј 100, (в) - металлическая пластина не заземлена, (г) - металлическая пластина заземлена.

Датчик содержит неподвижно закрепленные в корпусе потенциальный стержневой электрод 1 и установленный параллельно ему измерительный электрод 2, который отделен от потенциального электрода внутренним стержневым экраном 3. Внешний экран 4, выполненный в виде полого цилиндра, охватывает электроды датчика. Снаружи боковой цилиндрической поверхности внешнего экрана 4 размещен с возможностью возвратно-поступательного движения щуп 5, во внутренней полости которого размещена тонкая металлическая пластина 6, электрически изолированная от корпуса датчика с помощью диэлектрической прокладки 7 и расположенная параллельно рабочей плоскости 8 электродов и экранов датчика. Щуп 5 датчика упирается в поверхность контролируемого объекта, перемещение которого измеряется.

Датчик работает следующим образом.

При перемещении объекта изменяется воздушный зазор между плоскостью металлической пластинки 5 и рабочей плоскостью 8 электродов 1 и 2 и экранов 3 и 4 датчика, вследствие чего изменяется выходное напряжение Uebixi снимаемое с измерительного электрода 2 датчика. Чувствительность датчика зависит от величины диэлектрической постоянной материала контролируемого объекта и максимальна в диапазоне 0 - хмин, где х - величина микроперемещения, когда металлическая пластина 6 не заземлена. Герметизация щупа 5 позволяет свести к минимуму погрешности, связанные с влиянием внешних условий.

Формула изобретения

Емкостный датчик микроперемещений, содержащий параллельно установленные неподвижные потенциальный и измерительный электроды, выполненные в виде стержней круглого или прямоугольного сечения, разделяющий их внутренний и расположенный снаружи внешний экраны, торцы которых лежат в общей плоскости с рабочи- ми торцами потенциального и измерительного электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем увеличения чувствительности датчика, он снабжен охватывающим внешний экран измерительным щупом, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль его наружной поверхности, и электрически изолированной металлической пластиной, которая жестко закреплена во внутренней полости щупа и расположена параллельно рабочим торцам электродов и экранов датчика.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель - повышение точности измерения микроперемещений емкостного датчика. Датчик содержит неподвижные потенциальный 1 и измерительный 2 электроды и охватывающие их внутренний 3 и внешний 4 экраны. Торцы электродов и экранов лежат в рабочей плоскости датчика. Снаружи боковой цилиндрической поверхности внешнего экрана 4 размещен с возможностью возвратно-поступательного движения щуп 5, во внутренней полости которого размещена металлическая пластина 6, которая электрически изолирована от корпуса датчика и расположена параллельно рабочей плоскости его электродов и экранов. При перемещении щупа 5 изменяется зазор между пластиной 6 и рабочими торцами электродов и экранов, что приводит к изменению емкости датчика. 2 ил. 2