PL156074B1

PL156074B1 - Capacitive sensing element for measurements of linear displacements with turning operated gauge plunger

Info

Publication number: PL156074B1
Application number: PL27233888A
Authority: PL
Inventors: Juliusz Grabczyk; Jerzy Dabrowski; Jan Darlewski; Jan Legowski; Henryk Wojnicz
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1988-05-09
Publication date: 1992-02-28
Also published as: PL272338A1

Abstract

Czujnik pojemnościowy do pomiaru przemieszczeń liniowych z tocznie prowadzonym trzpieniem pomiarowym złożony z kondensatora cylindrycznego i generatora o zmiennej częstotliwości, znamienny tym, że prowadnice toczne, znajdujące się po obu stronach okładki ruchomej 9 kondensatora, utworzone są z dwóch tulejek prowadnicowych (17 i 18), których zewnętrzne powierzchnie walcowe są centrowane w otworze korpusu (1) czujnika oraz z umieszczonych w koszykach (16) kulek (15), które toczą się po powierzchniach walcowych otworów tulejek prowadnicowych (17 i 18) oraz po powierzchniach walcowych trzpienia pomiarowego (8).Capacitive sensor for measurement linear displacements with guided rolling the stylus consists of a capacitor cylindrical and variable generator frequency, characterized in that the guides rolling, located on both sides the moving cover of the capacitor 9, formed they are made of two guide bushes (17 and 18), whose outer cylindrical surfaces are centered in the opening in the body (1) of the sensor and from the balls placed in baskets (16) (15) that run on cylindrical surfaces guide bushings openings (17 and 18) and on the cylindrical surfaces of the mandrel measuring device (8).

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik pojemnościowy do pomiaru przemieszczeń liniowych, który może być stoswany w technice pomiarów warsztatowych, a także w urządzeniach automatyki przemysłowej.The subject of the invention is a capacitive sensor for measuring linear displacements, which can be used in the workshop measurement technique as well as in industrial automation devices.

Znane czujniki pojemnościowe do pomiaru przemieszczeń liniowych składają się z kondensatora o pojemności zmieniającej się wraz z przemieszczeniem trzpienia pomiarowego oraz z wbudowanego w ich korpus generatora wielkiej częstotliwości. Zmieniająca się wraz ze zmianami pojemności częstotliwość takiego generatora stanowi sygnał pomiarowy, który w zależności od potrzeb podlega dalszemu przetwarzaniu. Wadą dotychczas znanych czujników pojemnościowych jest to, że siły tarcia pochodzące ze ślizgowego prowadzenia trzpienia pomiarowego uniemożliwiają uzyskanie małych wartości sił nacisku pomiarowego. Małe wartości nacisku pomiarowego możliwe są do uzyskania w czujnikach z tocznie łożyskowanym trzpieniem pomiarowym. Znane rozwiązania takiego rodzaju prowadzeń, stosowane np. w czujnikach indukcyjnościowych, nie zapewniają jednak wystarczającej dla potrzeb czujników pojemnościowych dokładności prowadzenia.Known capacitive sensors for measuring linear displacements consist of a capacitor with a capacitance that varies with the displacement of the stylus, and a high-frequency generator built into their body. The frequency of such a generator, which changes with changes in capacity, constitutes a measurement signal, which, depending on the needs, is subject to further processing. A disadvantage of the previously known capacitive sensors is that the frictional forces resulting from the sliding guidance of the stylus make it impossible to obtain low values of the measuring force. Low values of the measuring force can be obtained in sensors with a rolling pin with a bearing. Known solutions of this type of guides, used e.g. in inductive sensors, do not, however, provide sufficient guidance accuracy for capacitive sensors.

Celem wynalazku było opracowanie konstrukcji prowadnic tocznych czujnika pojemnościowego, zapewniającej równoległość kierunku przesuwu okładki ruchomej do osi okładki nieruchomej czujnika.The aim of the invention was to develop the construction of the rolling guides of the capacitive sensor, ensuring the parallelism of the moving direction of the movable cover to the axis of the fixed cover of the sensor.

Istota wynalazku polega na tym, że trzpień pomiarowy wraz z ukształtowaną w jego środkowej części walcową okładką ruchomą kondensatora jest prowadzony tocznie na znajdujących się po obu stronach tej okładki kulkach. Takie rozmieszczenie elementów tocznych stało się możliwe dzięki zastosowaniu dwóch tulejek prowadnicowych, których otwory są współosiowe z ich zewnętrznymi powierzchniami walcowymi. Powierzchnie zewnętrzne tulejek prowadnicowych są bazowane w otworze korpusu czujnika, przy czym średnica tego otworu i średnica okładki nieruchomej kondensatora są jednakowe i docierane wspólnie, co zapewnia pożądaną równoległość kierunku przesuwu okładki ruchomej do osi okładki nieruchomej czujnika. Ponadto zastosowanie tulejek prowadnicowych ma zasadnicze znaczenie dla technologiczności konstrukcji, gdyż otwory tych tulejk mogą być docierane niezależnie od siebie, co ułatwia uzyskanie pożądanej wartości luzów prowadzenia. Korzystne ze względów technologicznych jest zastosowanie pierścieni sprężystych, które zabezpieczają kulki przed wypadnięciem z koszyków.The essence of the invention consists in the fact that the measuring pin with the cylindrical cover of the movable capacitor formed in its middle part is rolled on the balls located on both sides of the cover. Such an arrangement of the rolling elements became possible thanks to the use of two guide bushings, the openings of which are coaxial with their external cylindrical surfaces. The outer surfaces of the guide bushes rest in the opening of the sensor body, the diameter of this opening and the diameter of the fixed cover of the capacitor being the same and lapped together, which ensures the desired parallelism of the direction of movement of the moving cover to the axis of the fixed cover of the sensor. Moreover, the use of guide bushings is essential for the technological design, as the holes of these bushings can be lapped independently of each other, which makes it easier to obtain the desired value of guiding clearances. For technological reasons, it is advantageous to use elastic rings that protect the balls from falling out of the baskets.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku w przekroju osiowym.The subject matter of the invention is shown in the drawing in an axial section in the drawing.

W korpusie 1 czujnika osadzona jest, za pośrednictwem tulejki izolacyjnej 3, okładka nieruchoma 2 kondensatora. W korpusie 1 osadzona jest także tulejka 4. Średnice otworów korpusu 1,In the body 1 of the sensor there is embedded, via an insulating sleeve 3, the fixed cover 2 of the capacitor. A sleeve 4 is also embedded in the body 1. Diameters of the body 1 holes,

156 074 okładki 2 i tulejki 4 są jednakowe. Przewód 5 łączy okładkę nieruchomą 2 kondensatora z płytką 6 układu generatora wielkiej częstotliwości, który znajduje się wewnątrz dzielonej obudowy 7, przymocowanej do korpusu 1 czujnika.156 074 the covers 2 and the sleeves 4 are the same. The conductor 5 connects the fixed cover 2 of the capacitor with the plate 6 of the high-frequency generator circuit, which is located inside the split housing 7, attached to the body 1 of the sensor.

Wewnątrz korpusu 1 czujnika znajduje się trzpień pomiarowy 8, który w środkowej części ma ukształtowaną okładkę ruchomą 9 kondensatora. W obu czołach trzpienia pomiarowego 8 wykonane są otwory gwintowane, przy czym w przednią część tego trzpienia jest wkręcona końcówka pomiarowa 10, a w tylną część jest wkręcony wałek 11, połączony nierozłącznie z uchwytem 12 sprężyny 13 wywołującej nacisk pomiarowy czujnika. Drugi koniec sprężyny 13 zaczepiony jest o otwór wykonany w uchwycie 14. Uchwyt 12 jest prowadzony w rowku wykonanym w jednej z części obudowy 7 co zabezpiecza trzpień pomiarowy 8 przed obrotem. Po obu stronach okładki 9 kondensatora rozmieszczone są kulki 15, po kilka na obwodzie, które wraz z koszykami 16 i tulejkami prowanicowymi 17 i 18 tworzą prowadnice toczne trzpienia pomiarowego 8. Kołnierz tulejki prowadnicowej 17 jest dociskany do czoła otworu korpusu 1 za pomocą tulei 19 będącej jednocześnie częścią chwytową umożliwiającą zamocowanie czujnika w układzie pomiarowym. Kołnierz tulejki prowadnicowej 18 jest dociskany do czoła otworu tulejki 4 za pomocą części 20. Pierścienie sprężyste 21 osadzone w rowkach wykonanych w otworach tulejek prowadnicowych 17 i 18 zabezpieczają kulki 15 przed wypadnięciem z koszyków 16. W czasie pomiaru przemieszczeń liniowych końcówka pomiarowa 10 czujnikajest przemieszczana poosiowo co powoduje przemieszczanie się trzpienia pomiarowego 8 z okładką nieruchomą 2. Przemieszczanie okładki ruchomej 9 względem okładki nieruchomej 2 powoduje zmiany pojemności kondensatora i zmiany częstotliwości drgań znajdującego się w obudowie 7 generatora.Inside the body 1 of the sensor there is a measuring pin 8, which in its central part has a shaped movable cover 9 of a capacitor. In both faces of the measuring pin 8 threaded holes are made, the measuring tip 10 is screwed into the front part of the measuring pin, and the shaft 11 is screwed into the rear part, inseparably connected with the holder 12 of the spring 13 which causes the measuring pressure of the sensor. The second end of the spring 13 engages with a hole made in the handle 14. The handle 12 is guided in a groove made in one of the housing parts 7, which prevents the measuring pin 8 from rotating. On both sides of the condenser cover 9 there are balls 15, several around the circumference, which together with the baskets 16 and guide sleeves 17 and 18 form the rolling guides for the measuring pin 8. The flange of the guide sleeve 17 is pressed against the face of the body 1 opening by means of the sleeve 19 being at the same time, a gripping part that allows the sensor to be mounted in the measuring system. The flange of the guide bushing 18 is pressed against the face of the opening of the bushing 4 by means of parts 20. Spring rings 21 embedded in the grooves made in the openings of the guide bushings 17 and 18 prevent the balls 15 from falling out of the baskets 16. During the measurement of linear displacements, the measuring tip 10 of the sensor is moved axially which causes the movement of the measuring pin 8 with a fixed cover 2. The displacement of the movable cover 9 in relation to the fixed cover 2 causes changes in the capacitance of the capacitor and changes in the vibration frequency of the generator housing 7.

156 074156 074

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.Department of Publishing of the UP RP. Circulation 100 copies

Cena 3000 złPrice: PLN 3,000

Claims

Patent claims

1. Capacitive sensor for measuring linear displacements with a rollingly guided measuring pin, composed of a cylindrical capacitor and a variable frequency generator, characterized in that the rolling guides on both sides of the movable cover 9 of the capacitor consist of two guide bushings (17 and 18). ), the outer cylindrical surfaces of which are centered in the bore of the body (1) of the sensor and of the balls (15) placed in the baskets (16), which roll on the cylindrical surfaces of the openings of the guide bushings (17 and 18) and on the cylindrical surfaces of the measuring pin (8 ).

2. A rollingly guided probe capacitive sensor for measuring linear displacements according to claim 1. A method according to claim 1, characterized in that the spring rings (21) embedded in the grooves made in the openings of the guide bushings (17 and 18) protect the balls (15) against falling out of the baskets (16).