Емкостной датчик угловых перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/30 

л

|С

Изобретение относится к измерительной технике. Цель - повышение точности емкостного датчика, который содержит подвижный дисковый электрод с окнами и неподвижный дисковый электрод, на одной поверхности которого выполнены внешнее и внутреннее электропроводные кольца, присоединенные к фазочувствительному измерительному прибору, и радиальные пластины, а на другой его поверхности закреплены две пары потенциальных электродов, подключенные к источнику питания. Лары потенциальных электродов выполнены в виде двух кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, разделенных изолирующими зазорами. Эти зазоры выполнены ео скачкообразными изменениями рисунка в их двух диаметрально противоположных точках, которые соответствуют изменению формы зазоров на половину периода их изменения. 1 ил.

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

Известен емкостной датчик угловых перемещений, содержащий два относительно подвижных элемента с печатными обмотками.

Одним из недостатков данного датчика является его неточность.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является емкостной датчик угловых перемещений, содержащий неподвижное дисковое диэлектрическое основание, размещенные на его одной стороне две пары потенциальных электродов, а на другой стороне - еекторо- образные, 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, разделенных изолирующим зазором и 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, и неподвижные электропроводные кольца, предназначенные для подключения в процессе измерений к фазочувствительному измерительному прибору, причем сиVI

VI Оч

Ч) 00

СА)

нусоидэльные изолирующие зазоры в парах смежных потенциальныхэлектродовсмещены один относительно другого на 1 /4 периода.

Недостатком известного датчика является недостаточная точность, обусловлен- ная тем, что площади, перекрываемые радиальными пластинами смежных потенциальных электродов, неодинаковы. Это приводит к отклонению амплитуды суммарного сигнала на радиальных пластинах от синусоидального закона.

Цель изобретения - повышение точности за счет выравнивания площадей, перекрываемых секторообразными радиальными пластинами смежных потенциальных электродов.

Поставленная цель достигается тем, что в емкостном датчике угловых перемещений, содержащем неподвижное дисковое диэлектрическое основание, размещенные на его одной стороне две пары потенциальных электродов, а на другой стороне - секторо- образные, рэдиально 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, разделенных изолирующим зазором и 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, и неподвижные электропроводные кольца, предназначенные для подключения в процессе измерений к фазочувствительному измерительному прибору, причем синусоидальные изолирующие зазоры в парах смежных потенциальных электродов смещены один относительно другого на 1/4 периода, синусоидальные изолирующие зазоры в парах смежных потенциальных электродов выполнены со скачкообразными изменениями рисунка в их двух диаметрально противоположных точках, которые соответствуют изменению формы зазоров на 1 /2 периода.

Отличие предлагаемого датчика от известного заключается в том, что синусоидаль- ные изолирующие зазоры в парах смежных потенциальных электродов выполнены со скачкообразными изменениями рисунка в их двух диаметрально противоположных точках, которые соответствуют изменению формы за- зоров на 1 /2 периода.

На чертеже схематично представлена конструкция датчика.

Датчик содержит неподвижное диско вое диэлектрическое основание 1, на одной

стороне которого размещены две пары 2 и 3 потенциальных электродов и электропроводные кольца 4. 5. Каждая из пар 2, 3 потенциальных электродов выполнена в виде двух кольцевых полос 6, 7 или 8, 9 с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих N периодов повторения. Кольцевые полосы 6, 7, 8, 9 в каждой паре 2, 3 потенциальных электродов разделены синусоидальным изолирующим зазором, причем синусоидальные изолирующие зазоры в парах 2, 3 смежных потенциальных электродов смещены один относительно другого на 1 /4 периода и имеют скачкообразные изменения рисунка в их двух диаметрально противоположных точках, которые соответствуют изменению формы зазоров на 1/2 периода. В процессе измерений кольцевые полосы 6,7, 8, 9 подключают к источнику питания 10, а электропроводные кольца 4, 5 к фазочувствительному измерительному прибору 11. На другой стороне неподвижного дискового диэлектрического основания 1 выполнены секторообразные, радиально изолированные одна от другой электропроводные пластины 12, расположенные по окружности основания 1 и перекрывающие пары 2, 3 потенциальных электродов.

Соосно с неподвижным диэлектрическим основанием 1 установлен передающий дисковый электрод 13, имеющий секторообразные окна (на чертеже не показаны) с N периодов повторения.

Емкостной датчик угловых перемещений работает следующим образом,

Источник питания 10 возбуждает сигналами 0°, 180°, 90° 270° кольцевые полосы 6 - 9. Радиальные пластины 12 образуют с кольцевыми полосами 6-9 конденсаторы постоянной емкости с площадями обкладок, равными площади их взаимной проекции одна на другую. Так как ширина каждой кольцевой полосы 6-9 изменяется по синусоидальному закону, пары полос 6, 7 сдвинуты относительно полос 8, 9 на 1/4 периода и возбуждаются напряжениями питания, сдвинутыми по фазе на 90°, то фазы результирующих напряжений, наводимых на пластинах 12 вдоль направления углового перемещения, изменяются по линейному закону от 0° до 360° N раз. Линейность обеспечивается за счет скачкообразного изменения рисунка на 1/2 периода в двух диаметрально противоположных точках в каждой паре электродов 6,7 и 8,9. В результате этого на двух любых диаметрально противоположных радиальных пластинах 12 от каждого возбуждающего напряжения 0°, 180°, 90°, 270° наводятся результирующие напряжения через две емкости, причем обкладки одной из них выполнены на периферии, а другой ближе к центру. Так например, от возбуждающего напряжения с фазой 0° полосы 6 одна емкость образована обкладками с площадями Si, находящимися на периферии, а другая емкость образована обкладками с площадями Si, находящимися ближе к центру. Аналогично для возбуждающих напряжений с фазой 180° соответственно S2, S2, с фазой 90° - Зз, 5 з, с фазой 270° - SA, S4

При вращении передающего дискового электрода 13 на его электропроводных межоконных промежутках индуцируется электрический заряд, результирующая фаза которого изменяется при его угловом перемещении практически по линейному закону. Съем измерительного сигнала с передающего дискового электрода 13 осуществляется с помощью электропроводных колец 4,5, образующих с передающим дисковым электродом 13 емкостной токосъемник.

Таким образом, новое конструктивное выполнение кольцевых полос позволит исключить погрешности, вызванные тем, что площади, перекрываемые секторообразны- ми радиальными пластинами смежных потенциальных электродов, неодинаковы.

Формула изобретения Емкостной датчик угловых перемещений, содержащий 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, разделенных изолирующим зазором и 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, и неподвижные электропроводные кольца, предназначенные для подключения в процессе измерений к фазочувствительному измерительному

прибору, причем синусоидальные изолирующие зазоры в парах смежных потенциальных электродов смещены один относительно другого на 1 /4 периода, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности

за счет выравнивания площадей, перекрываемых радиальными полосами смежных потенциальных электродов, синусоидальные изолирующие зазоры в парах смежных потенциальных электродов выполнены со скачкообразными изменениями рисунка в их двух диаметрально противоположных точках, которые соответствуют изменению формы зазоров на 1/2 периода.

йере&юцш i/cro&u зжкярод I)

кольцо 4

I-at flogo 2 потеицноньнц

2-ai nopo3 Ki№«imoi bHbU здеияроА)

непошигмое Пиепек Ьшккяржс - кое оааЛанк. f