ЕМКОСТНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Советский патент 1972 года по МПК G01D5/20 

Изобретение служит для измерений с помощью электричества иеэлектрических величии и может применяться в приборостроении и машиностроении, в устройствах с дистанционным измерением линейных перемещений высокой (до 1 мкм и выше) точности, например ири регистрации иолзучести образца, прогпба и гистерезиса упругих конструкций, хода детали на станке в системах с отработкой или в разомкнутых микрометрических измерительных системах.

Известен ряд конструкций емкостных дифференциальных датчиков с переменным зазором для измерений линейных перемещений высокой точности. Площадь коиденсаториых пластин, которая определяет величину емкости датчиков, ограничена габаритами последних. Однако в этих датчиках размещено ограниченное число пар конденсаторных пластин. В результате ограничено значение коэффициента удельной емкости датчика (зиачение величины емкости датчика иа единицу его внутреннего объема) и коэффициента крутизны характеристики датчика (значение приращения емкости и а величину линейного иеремещения), а его емкостное сопротивление достигает десятков и даже сотен Мом, что ухудшает режим работы электроизмерительной схемы, в которой работает датчик. Поэтому в датчиках другой конструкции стремятся максимально

заполнить полезный объем конденсаторными ||ластина.М11 так, чтобы пластины ротора датчика располагались между пластинами статора по всему объему. Однако конденсаторные пластины разных иолярностей статора взаимодействуют друг с другом и образуют большую взаимную паразитную емкость, что создает шунтировку дифференциальной схемы п ухудшает режим работы электрической измерительной системы прибора.

Цель изобретения - улучшепие коэффициента удельной емкости и коэффициента крутизны характеристики датчика, а также устранение паразитной е.мкостной связи между пластинами статора разной полярности.

Поставле)ная цель достигается нутем макси.мальиого заполнения полезного объема датчика кондепсаторнымп пластинами. При этом пластины ротора датчика располагаются по всему объему в зазорах между пластинами статора одинаковой полярности, а пластпны статора разной полярности помещаются в различных половппах корпуса датчика. Принциииальиое значение имеет соотношение емкостей между H.iacrHiioii ротора и двумя соседними иласт1П1а.1Я статора. Разница в величппах емкости между этими пластинами должна быть достаточно ои1.утимой (на порядок и выше) .

.Им «л

. .., ..Л|§

На

чертеже показан датчик в двух проекпнях.

к корпусу / датчика крепятся па изоляторах соединенные вместе конденсаторные пластины статоров разной полярности 2 и 3. Между пластинами 2 в нижней половине датчика помещаются пластины ротора 4, которые сдвинуты к пластинам статора, )асноложенным от них слева. Между пластинами i в верхней половине датчика номещаются пластины ротора 4, которые сдвинуты ближе к пластинам статора, расположенным от них справа. Внутренняя полость датчнка разделена на две симметричные части плоским корпусом ротора 4. В меньншх (рабочих) зазор;1Х между пластнпами 2 и 3 и пластппамп рото1)а 4 находятся прокладки 5 из тве)дого диэлектрика. Ротор 4 имеет в правой и левой части на илоском корпусе в плоскости симАгетрпи направляющие пазы для цептрующих шариков. Такие же пазы треугольного сечения нмеюю; ti на продольных онорных пластинах 6. Пластины 6 закреплены внутри корпуса дагчшса на изоляторах. Движенне tta ротор -/ переда ется штоком 7, соедниенным с роторол 4 изоляционным стержнем 8. Для удобства сборки датчика крынгка 9 и торповая стенка (), через которую проходит 1 змерптельный HJTOK 7, вынолне 1ы съе мными.

Датчик работает следующ 1м образол.

Измеряемое перемещение воздействует и а ротор 4 через измерителып й шток 7. Пластинь 4 иерел1ен.аются в зазо)ах межл,у пластшшми статора, а от короткого замыкания их иредохраияют ирокладки ;), KOTOpi:ie являются изолято ш.ми и огранпчителями .хода. Движеиие ротора 4 и его центровка в нлоскости сн.мметрии датчика осун1.ествляется па шариках качеиня, которые расиоложе1п 1 в треугольнЕ гх пазах корпуса рото)а п продольных опорпых пластпн 6. При движении ротора влево или внраво в нижней половине дагчнка laбочие зазоры уменьигаются или увеличпВаю ея. Когда в HH}KHeii половине датчнка рабочиг зазоры у.меньшаются, в верхней иолопипе да гчика они увеличиваются, и наоборсл. При этом в диф11)еренциалы ой пзмер1ггельпой cxiме прибора возникает разбаланса емкостей двух плечей датчика. Этот сигнал поступает на отработку следующей измерительг/Ш.чз-

нон системы или па вторичный измерительный прибор.

Как нзвестно, крпвая, характеризующая изменение емкости между двумя конденсаторiHjiMH пластпнами, сблпжающимися друг с другом, имеет вид равнобочной гиперболы. Выбор величины меньшего (рабочего) зазора ML-жду пластинами ротора и иластинам-и статора иадо делать так, чтобы значеине обрало:ванной пмн емкости находились на восходяИ1ей гииерболы, а большего - на нисходящей. Ве.тнчпиа 1абочего зазора сок1)ащается до необходимого для данного рабочего диапазона перемен;ен)1й мн11Н.мума, так как паличие прокладок из диэлектрика исключает опаспость пробоя )абочего зазора. Поскольку толщина прокладок 5 входит в рабочего зазора, иадо делать их как можно тоньше, напри.мер из тонких аклеенны пластинок слюды. При этом обн1ая емкость датчнка увелн|1аз, так как диэлектрическая

чиваегся в 1вердого .тиэлектрика в п раз пронипаели сть больше, чем

воз л. ух а.

пр

е л м е т и 3 о б р е т е н и я

Е:лкостпий дпффереппиальный датчик линейных перемещений, содержащий корпус и статор, между пластинами одинаковой полярности когорого перпендикулярно к направлению нерелипнепия расположены пластины роюра, отличающийся тем, что, с нелью новы1Н(Н11Я крутизны выхо.т11ой характеристики датчика н г-го удел1а1ой емкости и усгранен 1Я караиггной емкостной связи между двумя частя.ми стато 1я разной полярности, Э1Т1 части });11мен1ень в различиых половинах корпуса датчика, и между ними в плоскости симметрии располоихсн ротор, установленный на шариках в пачрапляктнгих пазах опорпых пластин корп},:а датпгк.а п пазах ротора, а нелич-ина за1лас;ипа.п1 ротора и двумя созиров л1ежд ; 1НЛЛП1 стагора ;азлична, в мень,ч riLii..iH пласт; П1И (i:.iGo4n..;) ;a;ii:i|)ax з;1кре:1леиы на ила(|1о (|||) 111101:ладки П4 ди лек1,iiiiiax ci.riopa в iio.riJiiiuie латчи) раTpiii:a, причгЛ

КГ.ЛС/ЛОЖС-ПЫ с ОЛ.НОЙ CTOpOilbl (niiiii ;a:C)pi,l 1:1.;

по ei-0 движения, а в ОТ пла1;г11Н рото): другой иоловине |zz: g ss2SS5SS:M:.:.. i