DD271369A1 - CAPACITIVE TILT AND LEVEL MEASUREMENT DEVICE - Google Patents

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DD271369A1
DD271369A1 DD31445388A DD31445388A DD271369A1 DD 271369 A1 DD271369 A1 DD 271369A1 DD 31445388 A DD31445388 A DD 31445388A DD 31445388 A DD31445388 A DD 31445388A DD 271369 A1 DD271369 A1 DD 271369A1
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DD
German Democratic Republic
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dielectric
covered
liquid
electrode
electrodes
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DD31445388A
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German (de)
Inventor
Andreas Budich
Albrecht Lerm
Gerd Mueller
Kurt Nicht
Rolf-Gerd Pfeiffer
Hartmut Rinza
Original Assignee
Akad Wissenschaften Ddr
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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmessgeraet, welches die Messung von Winkelabweichungen in einer Ebene mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit ermoeglicht. Die Aufgabe der Erfindung, Aenderung der Dieelektrizitaetskonstanten des fluessigen Mediums und Aenderung der Kammergeometrie im beschriebenen Neigungssensor infolge Temperaturaenderungen zu kompensieren, wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass innerhalb des Neigungsmessbereiches der aufgeteilten Messelektroden zusaetzliche Elektrodenbereiche, die wenigstens teilweise staendig mit der dielektrischen Fluessigkeit bedeckt, mit der Massgabe angebracht sind, dass diese bedeckten Flaechenbereiche flaechenmaessig mindestens so gross sind, wie die Haelfte der ins Dielektrikum eintauchenden Messelektrodenanteile und sie bei kleinstmoeglichem Umfang eine groesstmoegliche Flaeche aufweisen. Fig. 2The invention relates to a capacitive inclination and flatness measuring device, which allows the measurement of angular deviations in a plane with high sensitivity and accuracy. The object of the invention to compensate for alteration of the dielectric constant of the liquid medium and change of the chamber geometry in the inclination sensor as a result of temperature changes, is achieved according to the invention by additional electrode regions which at least partially continuously cover the dielectric fluid within the tilt measuring range of the divided measuring electrodes It is appropriate for these covered areas to be at least as large as half of the measuring electrode portions dipping into the dielectric and to have the largest possible area at the smallest possible circumference. Fig. 2

Description

Anhand beiliegender Figuren soll die Erfindung näher illustriert werden. Die Figuren zeigen dabei maßstäbliche Ausföhrungsbeispiel für einen auf einen bestimmten Winkelbereich von ±4° optimierten Sensor, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Kammer des kapazitiven Neigungssensors besteht aus zwei Kammerwänden mit den innen aufgebrachten Flächenelektroden und dem volumenbestiminenden Abstandsrahmen. Die Sensorelektroden 1 und 2 und die in diesem Beispiel als geschlossene Fläche ausgebildete Gegenelektrode 3 werden zur Hälfte von einem flüssigem Dielektrikum bedeckt, wobei die waagerechten Zwischenstriche in der Kammermitte dabei das Flüssigkeitsniveau des Dielektrikums in der Nullage bezeichnen. Ddπ h Drehung bzw. Neigung des kapazitiven Sensors ergibt sich eine winkelproportionale Kapazitätsänderung, die durch eine nachgeschaltete Elektronik in ein kalibriertes Spannungssignal umgesetzt wird. Durch die erfindungsgema'Je, vollständig ins Dielektrikum eingotauchte zusätzliche Referenzelektrode 4 werden kapazität&beeinflussende Parameter der Umgebung (Temperatur, Atmosphärendruck) als Kapazitätsänderung gemessen und elektronisch bei ücksichtigt. Auf diese Weise gelingt es, temperaturbedingte Winkelfehler und Langzeitdriften um eine Größenordnung auf 0,003%/Kzu senken.With reference to accompanying figures, the invention will be illustrated in more detail. The figures show scaled Ausföhrungsbeispiel for an optimized to a certain angular range of ± 4 ° sensor, to which the invention is not limited. The chamber of the capacitive inclination sensor consists of two chamber walls with the inside applied surface electrodes and the volume-determining spacer frame. The sensor electrodes 1 and 2 and the counterelectrode 3 formed in this example as a closed surface are half covered by a liquid dielectric, the horizontal intermediate lines in the chamber center denoting the liquid level of the dielectric in the neutral position. Ddπ h rotation or inclination of the capacitive sensor results in an angle-proportional capacitance change, which is converted by a downstream electronics in a calibrated voltage signal. By virtue of the additional reference electrode 4 wholly immersed in the dielectric according to the invention, capacitance & influencing parameters of the environment (temperature, atmospheric pressure) are measured as capacitance changes and taken into account electronically. In this way, it is possible to reduce temperature-induced angular errors and long-term drift by an order of magnitude to 0.003% / K.

Abhängend von den Materialeigenschaften des Dielektrikums, derart der Kammergestaltung und der Einsatzumgebung bringt eine erfindungsgemäße Zusatzelektrode, entsprechend Figur 2 gestaltet, zur Kompensation von meßv/ertverfälschenden Kapazitätsänderungen im Dampfraum und im dielektrikumgefüllten Kammerraum eine weitere Verringerung der Meßfehler.Depending on the material properties of the dielectric, such as the chamber design and the environment of use, an additional electrode according to the invention, designed in accordance with FIG. 2, brings about a further reduction of the measurement errors in order to compensate for changes in capacitance in the vapor space and in the chamber chamber filled with dielectric changes.

Claims (2)

1. Kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät hoher Empfindlichkeit unter Verwendung einer Elektrodenpaarung vom Typ eines Differentialkondensators zwischen dessen Elektroden sich wenigstens teilweise eine dielektrische Flüssigkeit befindet, die keine bzw. geringe Benetzungsfähigkeit der Elektroden aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb des Neigungsmeßbereiches der aufgeteilten Meßelektroden zusätzliche Elektrodenbereiche, die wenigstens teilweise ständig mit der dielektrischen Flüssigkeit bedeckt, mit der Maßgabe angebracht sind, daß diese bedeckten Flächenbereiche flächenmäßig mindestens so groß sind, wie die Hälfte der ins Dielektrikum eintauchenden Meßclektrodenanteile und sie bei kleinstmöglichem Umfang eine größtmögliche Fläche aufweisen.A high sensitivity capacitive tilt and flatness meter using a differential capacitor type electrode pair between which electrodes is at least partially a dielectric liquid having no wettability of the electrodes, characterized in that additional electrode portions within the tilt measuring range of the split measuring electrodes at least partially permanently covered with the dielectric fluid, with the proviso that these covered surface areas are at least as large in area as half of the measuring electrode portions dipping into the dielectric and have the largest possible area at the smallest possible circumference. 2. Kapazitives Neigungs- und toenheitsmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die nichtf lüssigkeitsbedeckten Elektrodenbereiche — elektrisch verbunden mit den flüssigkeitsbedeckten Elektrodenbereichen gleicher Polarität — vorzugsweise mit derselben Bemaßungsmaßgabe, symmetrisch zu diesen bedeckten Bereichen ausgebildet sind.2. Capacitive tilt and toenheitsmeßgerät according to claim 1, characterized in that the nonf lüssigkeitsbedeckten electrode areas - are electrically connected to the liquid-covered electrode areas of the same polarity - preferably formed with the same dimensioning dimension, symmetrical to these covered areas. Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft t;n kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät mit dem neigungs-, Ebenhoits- und Winkelmessungen relativ zum Gravitationsvektor der Erde mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit möglich sind. Derartige Meßaufgaben bestehen beispielsweise im Berg- und Straßenbau.The invention relates to t ; n capacitive inclination and planeness meter with the inclination, Ebenhoits- and angle measurements relative to the gravitational vector of the earth with high sensitivity and accuracy are possible. Such measurement tasks exist for example in mining and road construction. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Meßgeräte der genannten Art sind bekannt und es gibt dazu zahlreiche Vorschläge. Zur Umreißung des Gebietes des Standes der Technik in das diese Erfindung fällt, sollen beispielhaft folgende Patentschriften genannt sein: EP 035.340; DD 212.000; DD 212.001; DD 114.677; SU 794.210; DE 3.608.274; 3.249.101; 3.406.174; US 4.023.278; GB 2.070.774. Der Erfindung am nächsten kommt hierbei diu in DD 226.C68 beschriebene Lösung, bei der eine nichtleitende Flüsigkeit mit zeitlich- und temperaturkcnstantem Dielektrizitätswert, einem guten Benetzungs'vermögen, geringer Neigung zur Schaumbildung und optimaler Viskosität im Zwischenraum zweier symmetrischer Elektrodenpaare angeordnet ist. Die Elektrodenpaare sind dabei nach dem Prinzip eines Differentialkondensetors ausgebildet. Das Problem bei dieser Lösung besteht in den an das flüssige dielektrische Medium gestellten Forderungen, die noch um eine wesentliche, nämlich ein Medium mit niedrigem Dampfdruck zu wählen, erweitert werden muß. Derartig ideale Medien existieren nicht. Insbesondere ergeben sich bei Einsatz eines solchen Neigungssensors innerhalb größerer Temperaturbereiche (240-320 K) erhebliche Probleme infolge der Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten des flüssigen Mediums und der Kammergeometrie, die, da auch die Verwendung eines Differentiulkondensators diesen Effekt nicht eliminieren kann, zu Fehlmessungen führ.Measuring devices of the type mentioned are known and there are numerous suggestions. To outline the area of the prior art in which this invention falls, the following patents are to be mentioned by way of example: EP 035,340; DD 212,000; DD 212,001; DD 114,677; SU 794,210; DE 3,608,274; 3,249,101; 3,406,174; US 4,023,278; GB 2,070,774. Closely related to the invention is the solution described in DD 226.C68, in which a nonconductive liquid having a constant dielectric constant, a good wetting property, a low foaming tendency and an optimum viscosity is arranged in the space between two symmetrical pairs of electrodes. The electrode pairs are designed according to the principle of a differential condenser. The problem with this solution is the demands placed on the liquid dielectric medium, which still have to be extended by one essential, namely a medium having a low vapor pressure. Such ideal media do not exist. In particular, when using such a tilt sensor within larger temperature ranges (240-320 K) considerable problems arise as a result of the temperature dependence of the dielectric constant of the liquid medium and the chamber geometry, which, since the use of a differentiulkondensators can not eliminate this effect, leading to erroneous measurements. Ziel der ErfindungObject of the invention Es ist das Ziel der Erfindung, ein Neigungsmeßgerät zu schaffen, das mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit die Messung in großen Temperaturbereichen ermöglicht.It is the object of the invention to provide an inclinometer which allows high sensitivity and accuracy measurement in large temperature ranges. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Änderungen der Dielektrizitätskonstanten eines flüssigen Mediums und Änderung der Kammergeometrie im genannten Neigungssensor infolge Temperatii 'änderungen zu kompensieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb des Neigungsmeßberfeiches der aufgeteilten Meßelektroden zusätzliche Elektrodenbereiche, die wenigstens teilweise ständig mit der dielektrischen Flüssigkeit bedeckt, mit der Maßgabe angebracht sind, daß diese bedeckten Flächenbereiche flächenmäßig mindestens so groß sind, wie die Hälfte der ins Dielektrikum eintauchenden Meßelektrodenanteile und sie bei kleinstmöglichem Umfang eine größtmögliche Fläche aufweisen, wobei die letzte Maßnahme keine Bi schränkung auf kreisförmige Flächen bedeutet, sondern sie bezieht sich auf die, durch die spezielle Bauform des Sensors rea'isk rbaren Elektrodenflächen. Eine im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhafte Referenzelektrodengestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die nichtflüssigkeitsbedeckten Elektrodanbereiche — elektrisch verbunden mit den flüssigkeitsbedeckten Elektrodenbereichen gleicher Polarität — vorzugsweise mit derselben Bemaßungsmaßgabe, symmetrisch zu diesen bedeckten Bereichen ausgebildet sind. Mit Hilfe der Erfindung gelingt es, temperaturbedingtöWinkelfehlei mit Langzeitdriften um eine Größenordnung bezogen auf den Stand der Technik auf 0,003%/K zu senken.The invention has for its object to compensate for changes in the dielectric constant of a liquid medium and change in the chamber geometry in said tilt sensor as a result of Temperatii changes. According to the invention the object is achieved in that within the Neigungsmeßberfeiches the split measuring electrodes additional electrode areas which are at least partially constantly covered with the dielectric liquid, are provided with the proviso that these covered surface areas in terms of area are at least as large as half of dipping into the dielectric Meßelektrodenanteile and they have the largest possible area with the smallest possible extent, the last measure is not a bi restriction on circular surfaces, but it refers to the, due to the special design of the sensor rea'isk rbaren electrode surfaces. A reference electrode design which is particularly advantageous in the context of the invention is characterized in that the non-liquid-covered electrode regions -electrically connected to the liquid-covered electrode regions of the same polarity-are formed, preferably with the same dimensioning dimension, symmetrically with respect to these covered regions. With the help of the invention, it is possible to reduce temperature-induced bending angle with long-term drift by an order of magnitude relative to the state of the art to 0.003% / K.
DD31445388A 1988-04-06 1988-04-06 CAPACITIVE TILT AND LEVEL MEASUREMENT DEVICE DD271369A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10007246C2 (en) * 1999-02-18 2003-05-08 Honda Motor Co Ltd Electrostatic capacitive tilt sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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