Емкостный датчик перемещений Советский патент 1993 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений подвижных тел в машиностроении, при создании измерительных приборов для контроля размеров, в частности, электронных цифровых штангенциркуллцией и т.п.

Целью изобретения является повышение точности и стабильности измерений.

На фиг.1 схематично показана конструкция датчика в сечении; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З- диаграмма изменения емкостей Ci, C2 и Сз между первой, второй и третьей гребенками соответственно , второй пластины при перемещениях ее относительно первой пластины в двух взаимно противоположных направлениях.

Емкостный датчик перемещения состоит из неподвижной диэлектрической пластины 1, на поверхности которой сформирован гребенчатый электрод 2, покрытый тонкой диэлектрической пленкой 3. Над диэлектрической пластиной 1 расположена подвижная диэлектрическая пластина 4, на поверхности которой сформированы три раздельных гребенчатых электрода - первый гребенчатый электрод 5, ширина штырей и расстояние между штырями которого такие же, как и у электрода неподвижной пластины. У второго 6 и третьего 7 гребенчатых электродов ширина штырей в два раза меньше, а расстояние между штырями в три раза больше ширины одного штыря. Сверху гребенчатые электроды подвижной пластины также покрыты тонкой диэлектрической пленкой 8.

Емкостный датчик перемещений работает следующим образом. При перемещении подвижной пластины 4 относительно неподвижной 1 емкости между гребенчатыми электродами 2-5,2-6, и 2-7 будут изменяться, как показано кривыми CL €2 и Сз соответственно на фиг.З. При полном совмещении первого гребенчатого электрода 5 подвижной пластины 4 с гребенчатым электродом 2 неподвижной пластины 1 емкость Ci между ними будет максимальной и такое положение можно принять за точку отсчета.

При этом емкости второго б и третьего 7 гребенчатых электродов, будут минимальными, так как штыри этих электродов не пересекаются со штырями электрода 2 неподвижной пластины .1. При движении вправо подвижной пластины А через полшага 1/2 Д равного ширине штыря второго 6 и третьего электродов 7, емкость Са будет оставаться минимальной, а емкость Сз третьего электрода 7 возрастает до максимального значения. Если емкости Ci, Сг, Сз подключить к электронному блоку, а котором минимальные значения емкостей будут соответствовать уровню логического 0, а максимальные значения - уровню логической 1, то как аидно из диаграммы (фиг.З) при смещении вправо на полшага (1/2 Д) от величины емкостей Ci, C2 и Сз установится код 101, а при смещении влево на полшага (1/2 , установится код 110. Таким образом, благодаря гребенчатым электродам 6 и 7 по характеру следования кодов (101) или (110) определяется направление перемещения пластины 4,

Величине перемещения пластины 4 относительно пластины 1 легко вычисляется

по числу импульсов, соответствующих максимальному значению емкости Ci. которые возникают при смещении пластин 1 через два шага, равным 2 Д .

. В пределах одного шага перемещения, равного Д , как следует из диаграммы фиг.З, емкость Ci изменяется от минимального до максимального значения, поэтому величина перемещений подвижной пластины может быть определена как в цифровом виде путем считывания числа шагов, так и измерением величины емкости Ci для определения перемещения в пределах одного шага,

Поскольку в данном датчике перемещений возможно измерение шагов перемещений, то упрощается выполнение цифровой обработки информации. Точность измерений определяется строго фиксированными

размерами штырей гребенчатых электродов, при выполнении которых методами со- временной микроэлектронники можно достичь точности в нескольких единицах микрон.

При выполнении дополнительно измерения емкости Ci и аналоговой обработке информации точность измерений можно повысить еще в несколько раз.

Важным преимуществом данного дат

чика является простое определение направ

ления перемещений при цифровой обработке информации, поступающей от второго 6 и третьего 7 гребенчатых электродов,

Фор мула изобретения.

Емкостный датчик перемещений, со- держащий две установле нные с возможностью относительного перемещения диэлектрические пластины, размещенные

на них гребенчатые металлические электроды и покрывающую их поверхности диэлектрическую пленку, электрод на одной из пластин выполнен в виде непрерывной гребенки, а на второй - в виде трех гребенок,

ширина штырей и расстояние между ними у

одной из которых равны ширине штырей и расстоянию между ними у непрерывной гребенки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерений, ширина штырей второй и третьей гребенок нэ второй пластине вдвое меньше ширины штырей первой гребенки, расстояние между штырями этих двух гребенок в три раза превышает ширину одного их штыря, а расстояние между тремя гребенками на второй пластине выбраны таким обра- зом, что при совмещении а соответствующих плоскостях обеих граней штырей первой гребенки на второй пластине с обеими гранями штырей непрерывной гребенки на первой пластине одноименные грани штырей непрерывной гребенки лежат в общих плоскостях с одними гранями штырей второй гребенки и с противоположными гранями штырей третьей гребенки.

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и стабильности измерений линейных перемещений с помощью емкостного датчика перемещений, который состоит из двух диэлектрических пластин, установленных одна над другой. На обращенных одна к другой поверхностях пластин нанесены металлические электроды, покрытие тонкой диэлектрической пленкой и образующие между собой конденсатор. Все электроды выполнены в виде гребенок, причем у электрода неподвижной пластины ширина штырей гребенки и расстояние между штырями равны, а электрод подвижной пластины состоит из трех гребенок, первая из которых имеет ширину штырей и расстояние между штырями такие же, как и у гребенки неподвижной пластины. Ширины штырей у второй .и третьей гребенок подвижной пластины в два раза меньше, а расстояние между штырями - в три раза больше ширины одного штыря. В исходном положении подвижной пластины относительно неподвижной штыри гребенки неподвижной пластины совмещены со штырями первой гребенки подвижной пластины, границы штырей второй гребенки совпадают с левой границей штырей неподвижного электрода, а границы штырей третьей гребенки - с правой границей штырей неподвижного электрода. При перемещении пластин одна относительно другой первый электрод служит для измерения в цифровом виде величины перемещения, а второй и третий электроды служат для определения направления перемещения. 3 ил. ел С со о СА Ч

Фиг. 2