Трехэлектродный емкостный преобразователь усилия

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<„> 932304 (6l ) Дополнительное к авт. санд-ву(22) Заявлено 30. 12. 80 (21) 3225754/18-10 с присоединением заявки .%— (23) Приоритет

Опубликовано 30,. 05. 82. Бюллетень Ре 20

Дата опубликования описания 01. 06.82 (5l)M. Кл.

Q 01 L, 1/14

Гаеударстеепвй кеиитет

СССР

IIo делам язебретений н еткрытвв

СЩ ЛК 531.781 (088. 8) А. В. Назаренко, Г. В. Кочков, А. М. и О. Б. Харитонов (72) Авторы изобретения е

1 t

Ф

C (71) Заявитель

С ибирск ий госуда рст ве нный научно- иссле институт метрологии (54) ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УСИЛИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно к весовой технике и может применяться в устройствах для измерения массы и силы.

Известны емкостные преобразователи, применяемые для датчиков силы или массы, .представляющие собой пластины; расположенные определенным образом одна относительно другой (1).

Наиболее близким к предлагаемому о является трехэлектродный емкостнцй преобразователь. Этот преобразователь содержит цилиндрические коаксиальные электроды с расположенным между ними

15 подвижным экраном. Для обеспечения постоянства исходной rрадуировки датчика от изменения температуры под экраном емкостного преобразователя установлен биметаллический фланец (Ц.

Основными недостатками известного емкостного преобразователя являются: невозможность регулировки чувствительности емкостного преобразователя, что требует для получения отсчета в еди= ницах измеряемой величины пересчитывать измеренное прибором значение емкости через коэффициент в соответствующее значение измеренной силы или массы, что значительно снижает экономический эффект, невозможность линеа риза ции деформа ционной характеристики упругого элемента, что требует введения дополнительных поправок в результате измерения, и кроме того установленный биметаллический фланец находится на поверхности силоприемной части, в которой возникают большие напряжения и деформации, что приводит к невоспроизводимости показаний.

Цель изобретения - повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным экраном, установленным на основании между средним и наружным электродами с возможностью осевого переме3, 932304 цения, а подвижный экран размещен между внутренним и средним электродами с возможностью осевого вращения, причем его гребень выполнен с вырезом и перекрыт гребнем неподвижного экрана, а центр внутреннего электрода расположен со сдвигом относительно центров среднего и наружного электродов.

С целью уменьшения температурной 1о погрешности, средний электрод выполнен из материала, отличного по температурному коэффициенту линейного расширения от материала остальных электродов. 15

Кроме того, с целью линеаризации характеристики упругого элемента, вырез подвижного экрана профилирован.

На Фиг. 1 схематично изображен емкостной преобразователь, общий вид; на фиг. 2 - схема расположения электродов; на фиг. 3 и 4 - формы выреза.

Трехэлектродный емкостной преобразователь для датчиков силы содержит основание 1 с неподвижными коаксиально расположенными цилиндрическими гребнями 2 (экраном) тмежду которыми на изоляторах 3 укреплены цилиндрические электроды 4-6, причем электрод 4 расположен со сдвигом по отношению к электродам 5 и 6 (фиг.2), дополнительный экран 7 установлен между электродами 5 и 6, связан с основанием посредством резьбового соединения 8, может смещаться в осе35 вом направлении и фиксироваться в заданном положении, подвижный экран

9 установлен между средним 5 и внутренним 4 электродами, имеет возможно ность смещаться в осевом направлении, поворачиваться вокруг своей оси и

Фиксироваться в заданном положении, а гребень 10 подвижного экрана 9 пе" рекрываться гребнем неп фвижного экрана 2, причем на частй своей поверхности гребень 10 подвижного экрана выполнен с вырезом (фиг. 3).

С целью линеаризации деформационной характеристики упругого элемента вырез на части поверхности гребня подвижного экрана изготавливается в зависимости от характера нелинейности деформационной характеристики уп.ругого элемента сложной формы - в виде эллипса (фиг. 41, окружности или другого непрямоугольного профиля.

От приложения усилия на упругий элемент (УЭ) при смещении подвижного

4 экрана 9 (фиг. 1) изменяется емкость емкостного преобразователя (ЕП).

Так как ось внутреннего электрода

4 смещена (Фиг. 2), то силовые линии электрического поля ЕП С перераспределяется и чувствительность в каждой точке межэлектродного пространства будет различна.

Если между электродами поместить цилиндрический экран, с прямоугольной прорезью, перекрывающий неподвижный гребень 2 так, что емкость определяется только прорезью в экране и, вращая этот экран вокруг своей оси, значение емкости ЕП С4 будет изменяться от минимального значения в точке "б" (так как здесь расстояние между электродами самое большое) до максимального значения в точке "а" (фиг. 2).

В случае нелинейности деформационной характеристики УЭ прорезь в экране изготавливается не прямоугольного профиля (Фиг. 3 ), а сложной формы в зависимости от характера нелинейнос-. ти УЭ.

Так как гребень подвижного экрана перекрывается гребнем неподвижного, то при смещении подвижного экрана по оси закон изменения емкости ЕП будет определяться профилем прорези.

В случае изменения окружающей температуры ЕП снабжен термокомпенсирующими электродами с помощью которых компенсируется как изменение модуля упругости УЭ так и дрейф начальной емкости ЕП. Термокомпенсация основана на выборе материалов электродов с разными температурными коэффициентами линейного расширения (ТКЛР).

В предлагаемом устройстве погрешности измерения значительно снижены, так как стабильная регулируемая выходная характеристика с помощью ЕП, подвижный электрод которого устанавливается прорезью в требуемое положение и при смещении по оси (деформации

УЭ ) значение прикладываемого усилия численно равно значению приращения емкости, что не требует дополнительного пересчета или применения сложной измерительной аппаратуры.

Формула изобретения

1. Трехэлектродный емкостной преобразователь усилия, содержащий связанный с основанием упругим элементом

9323 подвижный экран, неподвижный экран с коаксиально расположенными гребнями, между которыми укреплены коаксиальные цилиндрические электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен дополнительным экраном, установленным на основании между средним и наружным электродами с возможностью осевого перемещения, а подвижный экран разме-ip щен между внутренним и средним электродами с возможностью осевого вращения, причем его гребень выполнен с вырезом и перекрыт гребнем неподвижного экрана, а центр внутреннего электрода расположен со сдвигом относительно центров среднего и наружного электродов.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности, о4 6 средний электрод выполнен из материала, отличного по температурному коэффициенту линейного расширения от материала остальных электродов.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью линеаризации характеристики упругого элемента, вырез подвижного экрана профилирован.

Источники информации, принятые во внимание при экспвртизе

1. Бауман Э. Измерение сил электрическими методами. M., "Мир", 1978, с. 222-227.

2. Васильев А. И., Малюков А. А., Цибин Г. И. Некоторые вопросы создания точных тензометрических приборов для измерения силы и массы. "Исследование в области механических и тепловых измерений". Труды СНИИМ. Новосибирск, 1971; вып. 13, с.7-8 (прототип), Фиг.

932304 Фиг.Я

Составитель Н. Вовчук

Редактор Ю. Середа Техред Е. Харитончик Корректор Н ° Кос

Заказ 3 64/60 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)0) Москва Ж-) Раушская наб. g. 4Д

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4