Емкостный дифференциальный преобразователь перемещений Советский патент 1993 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений в различных областях техники.

Известен емкостный датчик перемещений, содержащий разделенные на секции потенциальный и токовой электроды, установленные с возможностью относительного перемещения в направлении измерения площади их взаимного перекрытия. Токовый электрод состоит из нескольких идентичных секций, которые размещены на одной стороне диэлектрической пластины, секции потенциального электрода размещены на второй диэлектрической пластине, установленной параллельно первой. Секции токового и потенциального электрода образуют два дифференциальных конденсатора. При изменении площади перекрытия секций токового и потенциального электродов происходит изменение емкости обоих дифференциальных конденсаторов датчика.

Недостатком устройства является ограниченный диапазон измерений из-за усложнения конструкции при больших геометрических размерах токового электрода.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений перемещений.

Цель достигается емкостным дифференциальным преобразователем перемещений, содержащим размещенные в параллельных плоскостях потенциальный и токовый электроды, один из которых установлен с возможностью перемещения с постоянным зазором относительно другого в- направлении изменения площади их взаимного перекрытия, причем токовый электрод состоит из нескольких секций, соединенных между собой через одну в две группы, отличающийся тем, что секции токового электрода в обеих группах выполнены со ступенчатыми приращениями их длины одинаковой величины и противоположного знака в направлении продольной оси

ел С

VI

Ю О 00 00

о

преобразователя, а длина потенциального электрода выполнена кратной длине одной секции токового электрода.

На чертеже изображен преобразователь, видео стороны торца чувствительного элемента.

Емкостный дифференциальный преобразователь перемещения состоит из двух диэлектрических пластин 1 и 2, Пластина 1 неподвижна, а другая 2 выполнена с возможностью перемещения относительно неподвижной, в плоскости, параллельной последней. На неподвижной 1 и подвижной 2 пластинах расположены обращенные друг к другу электроды 3, 4, Электрод на неподвижной пластине рассечен по заданной линии 5 на два электрически не связанных элемента 6, 7. образующих с электродом 3 на неподвижной .пластине 1 дифференциальный конденсатор, суммарная площадь электродов которого постоянна и не зависит от величины перемещения. Элементы 6 и 7 образуют секции 8, на которые размечена неподвижная пластина. Расстояние линии 5 от границы секции является функцией величины перемещения. Каждый элемент рассеченной части электрически 9, 10 соединен с соответствующим элементом в каждой секции 8, длина электрода 3 подвижной пластины 2 кратна длине секции,

Устройство работает следующим образом,

Измерительный преобразователь емкостного дифференциального преобразователя перемещения (не показан на рисунке) содержит генератор, соединенный с потенциальным электродом 3,распЬложенным на подвижной диэлектрической пластине 2, преобразователи каждой из двух емкостей Ci и С,2, образованных Соответственно потенциальным электродом относительно токового электрода 6, электрически объединенными магистралью 9. и секциями 7, электрически объединенными магистралью 10, над которыми он непосредственно находится, в электрические сигналы и вычислительное устройство, осуществляющее обработку сигнала по известному алгоритму:

ивых пропорционально .J , л2

V1 т 2.

Такой преобразователь может быть выполнен по любой из известных схем, реализующей названный выше алгоритм.

Для конкретного положения потенциального.электрода над токовым, представленного на фигуре, он перекрывает две секции - левую и правую. Из чертежа видно, что на левой секции обе ее составляющие

части одинаковы и образуют одинаковые

емкости с потенциальным электродом; на

правой секции больше по площади левая

часть секции - соответственно суммарная

емкость-Сг несколько больше суммарной емкости CL При перемещении подвижного электрода вправо это неравенство усиливается, а при перемещении влево больше становится емкость CL

В общем случае величина каждой из емкостей зависит от площади электродов, расположения между потенциальным и токовым электродами, диэлектрической проницаемости среды. Так как все пёреч исленные факторы влияют одинаковым обра- зом на величины обоих конденсаторов Ci и С2, выходное напряжение емкостного преобразователя оказывается зависящим только от суммарной площади частей секции,

находящихся непосредственно под потенциальным электродом. Обычно ширина по- тенщяальногх) электрода выбирается уже ширины токового электрода и тогда величина сигнала однозначно определяется соотношениями суммарных длин частей секций, находящихся под потенциальным электродом, т.е.

ПГЦ

30. Л прав - 2, Квых пропорционально -------

(лев

Zj прав г 2j пев 11

35

где У 1Прав - суммарная длина правых частей секций, находящихся под потенциальным электродом;

1лев - то же, для левых частей.

40

При современной технологической оснастке это соотношение может выполняться с весьма высокой точностью, что обеспечй- вает соответственно точность рассматриваемого емкостного датчика перемещений.

Формула изобретения Емкостный дифференциальный преобразователь перемещений, содержащий раз- мещенные в параллельных плоскостях потенциальный и токовый электроды, один из которых установлен с возможностью перемещения с постоянным зазором относительно другого в направлении изменения площади их взаимного перекрытия, причем toковы и электрод состоит из нескольких секций, соединенных между собой через одну в две группы, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения перемещений, секции токового электрода в обеих группах выполнены со ступенчатыми приращениями их длины одинаковой величины и противоположного

знака в направлении продольной оси преобразователя, а длина потенциального электрода выполнена кратной длине одной секции токового электрода.

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью расширение диапазона измерения линейных перемещений емкостного дифференциального преобразователя, содержащего размещенные в параллельных плоскостях потенциальный электрод и многосекционный токовый электрод, секции которого соединены между собой через одну в две группы и выполнены со ступенчатыми приращениями их длины в направлении продольной оси преобразователя. Эти приращения длины секций в обеих группах имеют противоположные знаки, а длина потенциального электрода выполнена кратной длине одной секции токового электрода. 1 ил.