Емкостный преобразователь угла Советский патент 1980 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к области контрольноизмерительной техники и может быть использовано для преобразования угла поворота вала в электрический сигнал. Известен емкостный преобразователь угла, содержащий статорнуго диэлбктрическую пластнну, на которую нанесены (методом травления напыления) рнсунки двух полуколец статоров и колец токосъемников, электрически соединенных с входными клеммами, и роторную диэлек рическую пластину, на которой нанесены рисункн двух симметрично расположенных роторов, переходящих в кольцевые поверхности емкостных токосъемников 1. Недостатком преобразователя, отрицательно сказывающимся на линейности выходных характеристик, является чувствительность его к паразитной модуляции зазора между пластинами статора и ротора, происходящей за счет возможного перекоса и зксцентриситета ротора олюсительно статора. Наиболее близким по технической сушвостн к изобретению является емкостный преобразо ватель утла, содержащий два статора, каждый из которых выполнен в виде двух полых соосных полуцилиндрой- С-образного сечения, размещенных на диэлектрических основаниях и установленных со взаимным смещением на угол It/2, и ротор, выполненный в виде двух полуцилиндров Т-образного сечения, распойоженный в зазорах статоров {2. Наличие трущегося токосъема в известном преобразователе при больпшх скоростях вращения резко увеличивает шумы из-за дребезга контактов, кроме того, нарушается линейность выходной характертстики. Простая замена контактного токосъема на емкостный в преобразователе приводит к значительному ухудщенню линейности выходных характеристик. Цель изобретения - повышение линейности выходной характеристики Преобразователь снабжен двумя дополнительными статорами, выполненными аналогично основным, установленными на те же основания и заземленными. На фиг. 1 изображена электрическая схема преобразователя; на фиг, 2 - выхощше характеристнкн преобразователя; на фиг. 3 - преоб37разователь с разнесенными элементами статоров роторов и цилиндров емкостного токосъема. Преобразователь содержит источник 1 питания, трансформатор 2, подвижные кольца 3 и 4 ротора, дифференциальные конденсаторы 5, образованные поверхностями полуцилиндров 6 и 7 ротора, статоров 8 и 9 и дополнительных статорюз 10 и 11, буферные усилители 12 и 13. Дополнительньге статоры 10 и И и статоры 8, 9 преобразователя имеют одинаковую констр а цию и устанаачиваются на первое диэлектрическое основание 14 и второе диэлектрическое основание 15 так, что каждый дополнительный статор и статор преобразователя образуют два соосных разрезных цилиндра. Плоскости раэреза соосных раз|зезных цилиндров, установленных на первое и второе диэлектрические основания, с/шинуты друг относительно друга на li/l. На каждом диэлектрическом основании установлены неподвижные кольца 16 и 17, образующие с поверхностями подвижных колец 3 и 4 ротора емкостные токосъемники. Два полуцилиндра 6 и 7 ротора имеют Т-образное сечение и переходят в кольца токосъемников, Ротор устанавливается на диэлектрической втулке, жестко связанной с валом, угловое перемещение которого контролируется. Принцип действия преобразователя основан КЗ измйненки площади перекрытия поверхностей роторных и статорных полуцилиндров. В исходном (нулевом) положении полу1.илиндры 6, 7 ротора занимают в зазоре полуцилиндров статора 8 такое положение, что емкости, образованные поверхностями полуцилиндров 6 и 7 ротора и статора 8, равны между собой, Поскольку емкости подключены к полуобмоткам трансформатора 2 и питаются напряжениями,, амплитуды которых равны, а фазы протнвополо)кн,ы. то разностный ток, поступающий на вход усилителя }2, будет равен нулю. Выходное напряжение усилителя, равное произведению разностного тока нд сопротивление цега обратной связи, также будет равно нулю. Одновременно емкость, образованная полуцилиндром 6 ротора и статором 9, будет максимальная, а емкость между полуцилиндром 7 ротора и статором 9 - /1инимальна-Я, поэтому разностный ток на входе усилителя 13, а соответствен но, и напряжение на выходе этого усилителя будут максимальными. Изложенное выше справедливо и для емкостей, образованных между полуцилиндрами 6 и ротора и дополнительными статорами 10, И. Однако, токи через указанные емкости буду замыкаться на землю. Эквивалентная емкость, представляюш.ая собой суммарную емкость между пол)пцилиндром ротора и статором 8 и дополнительными cfatoрами 10 и 11, будет равна экзивалентной емкости между полуцилиндром 6 ротора и статором 9 и дополнительными статорами 10, 11, Поэтому напряжение питания, приложенное через подвижное кольцо 4 емкостного токосъемника к полуцилиндру 6 ротора будет равно по амплитуде напряжению питания, приложенному через подвижное кольцо 3 емкостного токосъемника к полуци и-шдру 7 ротора. При отклонении полуцилиндров 6, 7 ротора от нулевого положения в ту или в иную сторону, например, по ЧЕСОВОЙ стрелке на угол а, емкость между полуцилиндром 6 ротора и статорами 8, Ю будет увеличиваться, а емкость между полуцилиндром 6 ротора и статорами 9, ill будет уменьшаться. Эквивалентная емкость, равная сумме указанных емкостей, будет оставаться постоянной к равной значению этой емзсосш в исходном положении. Аналогично будет оставаться постоянной и эквивалентная емкость межд) полуцилиндром 7 ротора и статорами 8, 9, 10, II,Это происходит за счет того, что изменение емкости между пол цилиндрами 6,,7 ротора и дополнительными статора.ми 8, 9 на участках от 2 и от 1/2до 2и компенсируется противоположным: изменением емкости между полуцилиндрами 6,7 ротора и дополнительными статорами 10 и 11. Поэтому напряжение питания, приложенное к полуцилиндрам 6, 7 ротора, будет оставаться постоянным во всем диапазоне углов поворота, а выходное напряжение преобразователя будет изменяться линейнопилообразно. При отсутствии дополнительных стато х)в изменение выхо.цных напряжений преобразователя на указанных выще участках пилообразной характеристики существенно отличалось бы от линейной зависимости. Таким образом, введение дополнительных статоров позволило расширить диапазон линейнсго изменения выходных характеристик преобразователя при использовании емкостного токосъема. Формула изобретения Емкостный преобразователь утла, содержащий два статора, каждый из которых вь полнен в виде даух полых соосных полуцилиндров С-образного сечения, размещенных на диэлектрических основаниях и установленных со взаимным смещением на угол /2 , и ротор, выполкезшмй в кде двух полуцилиндров Т-образного сечения, расположенный в зазорах статорсуз, о тли чающийся тем, чт,о,с целью повы-. шения линейяосш выходной характеристики, преобразователь снабжен двумя дополнительныftffii статорами, выполненными аналогично основ57835776

ным, установленными на тех же основаниях и1. Патент Фракции 2156985,кл. G01 87/00,

заземленными.

Источники информации, принятые во внимание прт экспертизе

2, Авторское свидетельство СССР № 598109, кл, G 08 С 9/02, 1978 (прототип).