Дифференциальный емкостный преобразователь углового перемещения

 

HOI an Изобретение относится к измерительтехнике и имеет целью расширение дизона измеряемого углового перемещения до 360 и повышение точности путем уменьшения влияния перекоса элехтродов дифференциального емкостного преобразователя углового перемещения, кот )рый содержит два неподвижных электрода , образованных четырьмя кольцами, лежащими в общей плоскости и разделенными изоляционными спиралями на участки, соединенные между собой определенным образом, Текущие радиусы спиралей связаны между собой заданными математическими соотношениями. Подвижный электрод, установленный с возможностью вращения в параллельной плоскости, состоит из кольцевых секторов, размещенных диаметрально противоположно в общей плоскости и образующих с неподвижными электродами два конденсатора переменной емкости с дифференциально изменяющимися емкостями. Имеются также защитные кольцевые электроды . Измерительная схема, к которой подключены электроды преобразователя, реализуют логометрический метод измерения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. СЛ

CO(03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГО УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

BE ОМСТВО СССР (ГО ПАТЕНТ СССР)

С ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (51)5 G 01 В 7/30 (21 4879410/28 (22 30, 10.90 (46 30,08.93. Бюл. М 32 (76 В.А Павленко и В.Б.Тросмэн (56 Патент США N. 4095263, кл. Н 01 G 5/06, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N 599644, кл. 6 01 В 7/30, 1988. (54 ДИФФЕР.ЕНЦИАЛЫ-! ЫЙ ЕМКОСТНЬ Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОГО ПЕРЕ Е ЩЕНИЯ (57 Изобретение относится к измерительно(технике и имеет целью расширение диап эона измеряемого углового пе емещения до 360 и повышение точности путем уменьшения влияния перекоса эле тродов дифференциального емкостного пр образователя углового перемещения, котррый содержит два неподвижных элект-!

Изобретение относится к измерительно технике и может быть использовано для из ерения угловых перемещений различны объектов в приборостроении или автома, ке.

1 Целью изобретения является расширени диапазона измеряемого углового переме ения до 360 и повышения точности пут м уменьшения влияния перекоса электро ов.

На чертеже изображены в одной плоско ти неподвижные и подвижный электроды мкостного преобразователя и схема их по ключения к измерительному блоку.

„„5LJ „„1838755 АЗ рода, образованных четырьмя кольцами, лежащими в общей плоскости и разделенными изоляционными спиралями на участки, соединенные между собой определенным образом, Текущие радиусы спиралей связаны между собой заданными математическими соотношениями, Подвижный электрод, установленный с возможностью вращения в параллельной плоскости, состоит из кольцевых секторов, размещенных диаметрально противоположно в общей плоскости и образующих с неподви>кными электродами два конденсатора переменной емкости с дифференциально изменя(ощимися емкостями.

Име(отся также защитные кольцевые электроды. Измерительная схема, к которой подключены электроды преобразователя, реализу(от логометрический метод измерения. 1 з,п.ф-лы, 1 ил.

Дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещения содержит два, размещенных в одной плоскости, неподвижных электрода, образованных четырьмя концентрическими кольцами 1 — 4 разного диаметра. Площадь каждого из колец разделена на две электрически изолированные части с помощью спиралей 5 — 8, при этом все спирали возрастают в одном направлении. Начала спиралей первого и чет. вертого колец расположены на одной линии. проходящей через ось вращения третьего электрода, совгадающую с геометрическим центром колец. Начала спиралей второго и третьего колец находятся на этой

1838755 же линии с противоположной стороны от центра.

Первый неподвижный электрод образован электрически соединенными между собой участками колец 1 и 2, ограниченных их внутренними кольцевыми сторонами с радиусами Ro и й1и разделяющими эти кольца спиралями 5 и 6, а также участками колец 3 и 4; ограниченных спиралями 7 и 8 и внешними сторонами этих колец с радиусами йз и R4. Второй неподвижный электрод образован остальными электрически соединенными участками четырех колец.

Параллельно двум неподвижным электродам установлен с возможностью вращения третий электрод 9. Эти электроды образуют дифференциальный конденсатор с емкостями С1 и Сг, изменяющимися в функции углового положения третьего электрода.

Третий электрод 9 состоит из двух про- водящих кольцевых секторов 10 и 11, размещенных напротив колец 1 и 4, неподвижных электродов и третьего проводящего кольцевого сектора 12, расположенного диаметрально противоположно относительно. первых двух и размещенного напротив колец 2 и 3 неподви>кных электродов, Угловая величина асекторов электрода

9 (фиг.1) может быть выбрана произвольной, при этом надо учитывать, что при малой величине а.мала абсолютная емкость. преобразователя, с другой стороны. увеличение а приводит к уменьшению диапазона измеряемых углов, равного (360О- a).

Текущие радиусы r спиралей определяются из условия компенсации перекосов электродов и требуемой зависимости результирующей емкости преобразователя С от угла (p поворота подвижного электрода 9 относительно неподвижных электродов.

Значения текущих радиусов и спиралей получены путем разложения в ряд Тейлора результирующей емкости преобразователя и приравнивания нулю линейного и квадратичното членов разложения, Последнее уравнение для нахождения г получается за счет выбора требуемой зависимости результирующей емкости С от угла поворота ф электрода 9 и выражения этой зависимости .. через текущие радиусы и спиралей; При составлении уравнений учтено небольшое радиальное расстояние между кольцами неподвижных электродов, необходимое для их изоляции друг от друга.

В случае, когда диэлектрическая проницаемость 8 преобразователя постоянна во время его работы, измерительный блок 13 представляет собой устройство, выходное напряжение которого прямопропорционально результирующей емкости С = C> — Сг, Если диэлектрическая проницаемость я существенно изменяется во время работы, преобразователь снабжается дополнительным постоянным конденсатором с емкостью Сз, диэлектрическая проницаемость которого зависит от параметров внешней среды так же, как и у результирующей емко"0 сти преобразователя. Измерительный блок

13 содержит в этом случае дополнительный блок деления. Выходное напряжение измерительного блока при этом прямопропорциС1 — CZ

15 онально.отношению . Сз

В качестве емкости Сз целесообразно использовать суммарную емкость С1 + С .

Однако эта емкость в значительной степени зависит от угла перекоса между электрода20 ми,.так как ее разложение в ряд Тейлора включает не равный нулю квадратичный член.

Для.устранения этого недостатка преобразователь снабжен двумя дополнитель25 ными кольцевыми электродами 14 и 15, которые расположены в одной плоскости с неподвижными электродами, а также двумя дополнительными кольцевыми секторами

16 и 17., которые расположены в одной пло30 скости с подвижным электродом 9. Электроды 14 и 15 электрически связаны между собой, подключены к измерительному блоку

13 и расположены концентрично с двумя неподвижными электродами, охватывая их

35 снаружи.

Кольцевые секторы 16 и 17 расположены напротив колец 14 и 15 соответственно и при этом диаметрально противоположно друг другу, а также электрически соединены

40 с подвижным электродом 9. Кольцевые сектора 16 и 17 образуют с кольцевыми электродами 14 и 15 два параллельно включенных конденсатора суммарной емкостью С4 Геометрические размеры электро45 дов 14 и 15 и секторов 16 и 17 выбираются таким образом, чтобы в разложении в ряд

Тейлора С4 по углу перекоса электродов линейный член разложения был равен О, а квадратичный член разложения был равен

50 аналогичному члену разложения С1+ С . B случае, если кольцевые сектора 16 и 17 расположены по одной линии с секторами по,- движного электрода 9. емкость Сз = С1+ Сг — С4 не зависит от перекоса электродов с

55 точностью до квадратичного члена разложения. В случае, если кольцевые сектора 16 и

17 расположены перпендикулярно секторам подвижного электрода 9, емкость Сз =

C> + С2 + С также не зависит от перекоса

1838 155 э ектродов с точностью до квадратичного ч ена разложения, 8 том случае, если спирали 5, б, 7, 8, о разующие неподвижные электроды, имезначительную толщину и нарушается усл вие Ct + Cz = const, кольцевые электроды и 15 необходимо незначительно спрофил ровать из условия Сз = const, Если металл зация неподвижных электродов нанесена их внутреннюю поверхность, то в кольцах ектродов 14 и 15 необходимо сделать узе прорези для выводов неподвижных ектродов за пределы преобразователя. ри металлизации неподвижных электрод в на наружной поверхности этого делать н требуется. Измерительный блок 13 при н личии конденсатора С4 содержит дополн тельный блок суммирования, а его выходн е напряжение прямопропорционально с едующему соотношению:

С1 —. С2 з

Устройство работает следующим образ м. При угловом перемещении подвижного э ектрода 9 относительно неподвижных э ектродов меняется площадь перекрытия ежду ними, следовательно, меняется рез льтирующая емкость преобразователя, ри возникновении перекоса между повижными и неподвижными электродами кости С1 и Cz изменяются одинаковым

< бразом. Следовательно, результирующая е чкость С1-С2 не будет зависит от перекоса э ектродов.

Данный преобразователь позволяет у еньшить погрешность, вносимую перекосами электродов, в 3-5 раз или при исход ой погрешности — соответственно у еньшить габариты устройства, Формула изобретения

1. Дифференциальный емкостный пребразователь углового перемещения, соержащий два неподвижных, электрически золированных электрода, которые выполены в виде расположенных в одной плоскои концентрических колец. установленный осно с возможностью вращения в паралельной плоскости электрод, выполненный виде проводящих, электрически соединеных между собой кольцевых секторов, зарепленных на общем диэлектрическом сновании и расположенных по обе стороы относительно оси вращения этого электода, и подключенный к этим электродам змерительный блок, отличающийся м, что, с целью расширения диапазона змеряемого углового перемещения до 360 повышения точности путем уменьшения лияния перекоса электродов, он снабжен участками третьего и четвертого колец, ог30 мещены напротив первого и четвертого колец неподвижных электродов, а расположенный диаметрально противоположно относительно них третий кольцевой сектор этого электрода размещен напротив второго и третьего колец неподвижных электродов, причем текущие значения радисоотношениями:

35

40 усов A спиралей, где! — порядковый номер спирали(1 = l, ll, lll, И), связаны следующими

25 третьим и четвертым неподвижными кольцами, установленными концентрично с первыми двумя в общей с ними плоскости, площадь каждого из четырех колец разделена на две части изоляционной спиралью, начало каждой из которых расположено на внутренней стороне соответствующего кольца, текущие радиусы всех спиралей возрастают в одинаковом угловом направлении, начала спиралей на первом и четвертом кольцах, имеющих соответственно наименьший и наибольший диаметры, располо- жены на одной линии, проходящей через . геометрический центр колец по одну сторону от оси вращения, а начала спиралей на втором и третьем кольцах. размещенных между упомянутыми, расположены диаметрально противоположно относительно начал соответствующих спиралей на первом и четвертом кольцах. один из неподвижных электродоа образован электрически соединенными между собой участками первого и второго колец, ограниченными их внутренними кольцевыми сторонами и разделяющими эти кольца спиралями, а также второй неподвижный электрод образован остальными электрически соединенными участками четырех колец два проводящих кольцевых сектора третьего электрода разllV + ГШ вЂ” ГП вЂ” Гl = COAST, 4 4 4 4

ГИ вЂ” Г !! = COAST, з з

1ll Гl = Con St, з

2. Преобразователь пa п.1, о т л и ч а ошийся тем, что он снабжен двумя подключенными к измерительному блоку дополнительными неподвижными кольцевыми электродами, которые электрически связаны между собой, расположены концентрично в одной плоскости с двумя неподвижными электродами и охватывают их снаружи, а также двумя дополнительными кольцевыми секторами. которые расположены в одной плоскости с кольцевыми секторами третьего электрода, электрически соединены с ним, расположены напротив соответствующих дополнительных колец и диаметрально противоположно

1838755

RQ — R7 — Рб + R53 = О, Составитель В.Тросман

Редактор С.Кулакова Техред М.Моргентал Корректор F-.Папп

Заказ 2922 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 один другому, а их радиусы Вк, где к5,6,7,8,связаны следующими соотношенияR3 R7 + R5 R JJ = COASt, 4 4 4 4 где Вв и И7- внутренние, à Rs u Rs - внешние радиусы дополнительных колец и дополни5 тельных кольцевых секторов.