Емкостное устройство для измерения угловых перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля угловых перемещений.

Известно емкостное устройство 1. содержащее неподвижный дисковый электрод с двумя парами попарно сопряженных по синусоидальным линиям кольцевых полос и с тремя концентрическими проводящими полосами и подвижный дисковый электрод, на котором выполнены радиальные полосы,

распределенные по окружности с шагом, соответствующим одному периоду синусоиды неподвижного электрода, и три концентрические проводящие полосы.

Недостатком такого устройства является недостаточная точность, обусловленная влиянием непараллельности или перекосов его электродов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является емкостное

устройство для измерения угловых перемещений 2, содержащее установленный с возможностью углового перемещения дисковый электрод с секторообразными окнами, соосно установленное неподвижное диэлектрическое основание, на внутренней поверхности которого, обращенной к подвижному электроду, закреплены электропроводные кольца, предназначенные для подключения в процессе измерений к фазо- чувствительному измерительному прибору, и электрически изолированнее одна от другой электропроводные сеткообразные пластины, на обратной стороне основания размещены две пары потенциальных электродов, каждая из которых выполнена в виде кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, период повторения которых равен периоду размещения окон дискового электрода, а в процессе измерений к ним подсоединяют четырехфазный источник питания переменного тока

Недостатком такого устройства является недостаточная точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет увеличения коэффициента электрической редукции.

Цель достигается тем, что устройство для измерения угловых перемещений, содержащее неподвижное дисковое диэлектрическое основание, размещенные на его одной стороне две пары потенциальных электродов, а на другой стороне секторооб- разные, радиально изолированные одна от другой электропроводные пластины, расположенные по окружности основания и пере- крывающие обе пары потенциальных электродов, каждая из которых выполнена в виде двух кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы имеющих N периодов повторения, установленный с возможностью вращения соосно с неподвижным диэлектрическим основанием передающий дисковый электрод, имеющий секторообразные окна с таким же количеством N периодов повторения, неподвижные токосъемные электроды, а также подсоединенный к потенциальным электродам четырехфазный генератор и фазоизмерительный блок, снабжено дополнительным диэлектрическим основанием, которое установлено соосно и жестко связано с первым диэлектрическим основанием по другую сторону от передающего дискового электрода, размещенными на его стороне, обращенной к передающему электроду, дополнительными секторообразными радиально изолированными одна от другой электропроводными пластинами, число которых равно числу таких же пластин на первом диэлектрическим основании, при этом токосъемные электроды размещены на другой стороне дополнительного основания и выполнены

аналогично потенциальным электродам в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих N+1 периодов повторения, а также присоединенными между токосьемными

0 электродами и фазоизмерительным блоком двумя парами фазовращателей и сумматоров, причем секторообразные окна на передающем электроде выполнены на части его поверхности.

5 Отличие предлагаемого устройства от известного заключается в том, что оно снабжено дополнительным диэлектрическим основанием, которое установлено соосно и жестко связано с первым диэлектрическим

0 основанием по другую сторону от передающего дискового электрода, размещенными на его стороне, обращенной к передающему электроду, дополнительными секторообразными, радиально изолированными одна

5 от другой электропроводными пластинами, число которых равно числу таких же пластин на первом диэлектрическом основании, при этом токосъемные электроды размещены на другой стороне дополнительного основания

0 и выполнены аналогично потенциальным электродам в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих (N+1) периодов повторения, а также присоединенными

5 между токосъемными электродами и фазоизмерительным блоком двумя парами фазовращателей и сумматоров, причем секторообразные окна на передающем электроде выполнены на части его поверх0 ности

Такое устройство позволяет увеличить электрическую редукцию, обеспечивая тем самым одновременное формирование грубого и точного отсчетов, что и влияет на

5 повышение точности.

На фиг. 1 показано емкостное устройство для измерения угловых перемещений; на фиг. 2 - передающий дисковый электрод; на фиг. 3 - элемент неподвижного электрода;

0 на фиг. 4 - блок-схема устройства.

Емкостное устройство для измерения угловых перемещений содержит неподвижное диэлектрическое основание 1, на одной стороне которого размещены две пары по5 тенциальных электродов 2, каждая из которых выполнена в виде двух кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих N периодов повторения и связанных с четырехфазным генератором 3, а на другой стороне - секторообразные, радиально изолированные одна от другой электропроводные пластины 4, передающий подвижный дисковый электрод 5 с сек- торообразными окнами б, выполненными на части его поверхности с N периодом повторения, дополнительное диэлектрическое основание 7 с размещенными на одной его стороне, обращенной к передающему электроду 5, дополнительными секторооб- рззными, радиально изолированными одна от другой электропроводными пластинами 8, а на другой стороне дополнительного основания 7 выполнены токосъемные электроды 9, которые выполнены в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих N+1 периодов повторения, и через фазовращатели 10, 11, 12, 13 и сумматоры 14, 15 подсоединены к фазоизмерительному блоку 16.

Устройство работает следующим образом.

Две пары потенциальных электродов 2 возбуждают сигналами Ui U0sin ж+0°, U2 U0sin ок +180°, U3 U0sin ол+ 90°, wt+270°. Для упрощения дальнейших математических выкладок примем, что радиус потенциальных электродов R °о, а секторо- образные, радиально изолированные пластины имеют форму прямоугольных площадок. На каждой секторообразной, радиально изолированной друг от друга пластине 4 за счет емкостной связи наводится суммарный сигнал от двух пар потенциальных электродов 2, при этом суммирование сигналов на каждой пластине 4 происходит с учетом фаз сигналов и площади пересечения этой пластины и двух пар потенциальных электродов 2.

Uz 2UC

Да 2я

sin(wt + Na) (1)

где Us - суммарный сигнал на каждой секторообразной пластине 4;

U0 - амплитуда возбуждающего сигнала;

Да- ширина каждой секторообразной пластины 4 в угл, ед.;

а- пространственный угол в угл. ед.;

N - количество периодов повторения на потенциальных электродах.

Фаза сигналов при переходе от первой до n-й секторообразной пластины 4, расположенных над одним периодом потенциальных электродов 2 меняется от 0 до 360°. Чем больше количество пластин 4. расположенных над одним периодом потенциальных электродов, тем более линейна эта зависимость.

Необходимо отметить, что амплитуда сигналов на всех секторообразных пластинах 4 остается одинаковой, а,поменяв местами сигналы, возбуждающие пару

кольцевых полос потенциальных электродов 2, например 90 и 270° на 270 и 90°, можно изменить напряжение нарастания фаз на противоположное, что в формуле (1) выражается тем, что Na будет с минусом.

За счет емкостной связи через секторо- образные окна 6 передающего дискового электрода 5 сигналы с секторообразных пластин 4 с соответствующими фазами и с соответствующим направлением нарастания фаз поступают на дополнительные сек- торообразные пластины 8, наводя на них сигналы с такими же фазами и с таким же направлением нарастания фаз. Через емкостную связь сигналы с дополнительных секторообразных пластин 8 попадают на токосъемные электроды 9, при этом одна секторообразная пластина 8 наводит на две пары кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы сигналы с фазой, присущей этой пластине, а амплитуда этих сигналов зависит бт площэди пересечения этой пластины с каждой из полос то- косьемных электродов 9. В дальнейшем эти сигналы с кольцевых полос токосъемных

электродов 9 суммируют на сумматоре 14, предварительно пропуская их через фазовращатели 10,11, и на сумматоре 15, предварительно пропруская их через фазовращатели 12. 13. При этом фазовращатели 10.

11 включены так, что увеличивают уже имеющуюся фазу сигнала на секторообразной пластине 8 на (N-1)a, а фазовращатели 12, 13 уменьшают эту фазу сигнала на (N-1)a. Фазовращатели 10, 11 сдвигают фазы соответственно на 0, 180. 90, 270°, и суммарный сигнал с сумматора 14 записывается следующим образом:

45

U,

4Uo|f (2N-1)«.

Фазовращатели 12, 13 дополнительно сдвигают фазы на 0, 180, 270, 90°, и суммарный сигнал с сумматора 15 записывается следующим образом:

Ц. 4U0| sinOt-a)

Таким образом, с сумматора 14 имеем сигнал, фаза которого за один оборот от О до 360° изменяется (2N-1) раз, а с сумматора 15 - один раз, т.е. имеет место грубый отсчет (редукция 1} и точный отсчет (редукция 2N-1). при этом электрическая редукция

увеличивается почти в 2 раза без увеличения периодов повторения потенциальных электродов, в результате повышается точность устройства

Формула изобретения Емкостное устройство для измерения угловых перемещений, содержащее неподвижное дисковое диэлектрическое основание, размещенные на его одной стороне две пары потенциальных электродов, а на другой стороне секторообразные, радиально изолированные одна от другой электропроводные пластины, расположенные по окружности основания и перекрывающие обе пары потенциальных электродов, каждая из которых выполнена в виде двух кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих N периодов повторения, установленный с возможностью вращения соосно с неподвижным диэлектрическим основанием передающий дисковый электрод, имеющий секторообразные окна с таким же количеством N периодов повторения, неподвижные токосьемные электроды, а также подсоединеный к потенциальным электродам четырехфазный генератор и фазоизмерительнй блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения коэффициента электрической редукции, оно снабжено дополнительным диэлектрическим основанием, которое установлено соосно и жестко связано с первым диэлектрическим основанием по другую сторону от передающего дискового электрода, размещенными на его стороне, обращенной к передающему электроду, дополнительными секторообразны- ми радиально изолированными одна от другой электропроводными пластинами, число которых равно числу таких же пластин на первом диэлектрическом основании, при

этом токосъемные электроды размещены на другой стороне дополнительного основания и выполнены аналогично потенциальным электродам в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих N+1 периодов повторения, а также присоединенными между токосъемными электродами и фазо- измерительным блоком двумя парами фазовращателей и сумматоров, причем

секторообразные окна на передающем электроде выполнены на части его поверхности

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного устройства для измерения угловых перемещений за счет увеличения коэффициента электрической редукции. Это устройство содержит неподвижное дисковое диэлектрическое основание 1, на одной стороне которого размещены две лары потенциальных электродов 2, каждая из которых выполнена в виде двух кольцевых полос с сопряженными 2 зубцами синусоидальной формы, имеющих N периодов повторения и связанных с четы- рехфазным генератором 3. На другой стороне основания закреплены секторообраз- ные, радиально изолированные одна от другой электропроводные пластины 4. Передающий подвижный дисковый электрод 5 с секторообразными окнами, выполненными на части его поверхности с N периодов повторения, размещен между основанием 1 и дополнительным диэлектрическим основанием 7, на одной поверхности которого закреплены дополнительные секторообраз- ные пластины 8, а на другой - токосъемные электроды 9, которые выполнены в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих N+1 периодов повторения и подсоединенных через фазовращатели 10, 11, 12, 13 и сумматоры 14, 15 к фазоизмерительному блоку 16. На выходе сумматора 14 формируется сигнал грубого отсчета с коэффициентом электрической редукции, равным 1, а на выходе сумматора 15 формируется сигнал точного отсчета с коэффициентом электрической редукции 2N-1, W Ј а со го ел о.

/

Фиг г

Фиг J