RU1775037C - Differential capacitive angle displacement transducer - Google Patents

Differential capacitive angle displacement transducer

Info

Publication number
RU1775037C
RU1775037C SU904906284A SU4906284A RU1775037C RU 1775037 C RU1775037 C RU 1775037C SU 904906284 A SU904906284 A SU 904906284A SU 4906284 A SU4906284 A SU 4906284A RU 1775037 C RU1775037 C RU 1775037C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
segments
electrodes
ring segments
electrode
transducer
Prior art date
Application number
SU904906284A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Павленко
Вячеслав Борисович Тросман
Original Assignee
В.А.Павленко и В.Б.Тросман
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by В.А.Павленко и В.Б.Тросман filed Critical В.А.Павленко и В.Б.Тросман
Priority to SU904906284A priority Critical patent/RU1775037C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1775037C publication Critical patent/RU1775037C/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и имеет целью повышение точности дифференциального емкостного преобразовател  углового перемещени  за счет минимизации вли ни  взаимного перекоса электродов в диапазоне измерени  до 90°. Преобразователь содержит два уста - новленных водной плоскости неподвижных электрода, каждый из которых выполнен в виде нескольких пар участков кольцевых сегментов разного диаметра, размещенных диаметрально противоположно и электрически соединенных между собой. Количество пар этих сегментов выполнено четным, а их радиальные размеры выбираютс  на основании заданных математических соотношений . Третий электрод этого преобразовател  установлен с возможностью вращени  в параллельной плоскости и выполнен из четного числа участков кольцевых сегментов, которые имеют одинаковую форму и размеры, превышающие радиальные размеры неподвижных электродов. Количество кольцевых сегментов третьего электрода вдвое меньше количества пар кольцевых сегментов одного из неподвижных электродов. Отношение разности емкостей , образованных подвижным и неподвижными электродами, к их полусумме практически не зависит от их непараллельности благодар  симметричному распределению участков кольцевых сегментов по окружности преобразовател . 2 ил. (Л СThe invention relates to measuring technique and aims to increase the accuracy of a differential capacitive angular displacement transducer by minimizing the influence of mutual distortion of the electrodes in the measurement range up to 90 °. The transducer contains two fixed water electrodes installed on the water plane, each of which is made in the form of several pairs of sections of ring segments of different diameters, placed diametrically opposite and electrically connected to each other. The number of pairs of these segments is even, and their radial sizes are selected based on predetermined mathematical relationships. The third electrode of this transducer is mounted for rotation in a parallel plane and is made of an even number of sections of the annular segments that have the same shape and dimensions that exceed the radial dimensions of the stationary electrodes. The number of ring segments of the third electrode is half the number of pairs of ring segments of one of the stationary electrodes. The ratio of the difference between the capacitances formed by the movable and fixed electrodes to their half-sum is practically independent of their non-parallelism due to the symmetric distribution of the segments of the ring segments around the circumference of the transducer. 2 ill. (L C

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  преобразовани  угловых перемещений объекта в электрический сигнал.The invention relates to measuring technique and can be used to convert the angular displacements of an object into an electrical signal.

Известен преобразователь угловых перемещений , выполненный в виде конденсатора переменной емкости, содержащий диэлектрический корпус, размещенный в нем ротор, выполненный из электропровод щего материала в виде бабочки, изогнутую металлическую крышку дл  герметизации и создани  равномерного давлени , прижимающего ротор к основанию корпуса, и неподвижный электрод в виде металлизированного сло  на внешнейA known angular displacement transducer made in the form of a capacitor of variable capacitance, comprising a dielectric housing, a rotor placed therein, made of an electrically conductive material in the form of a butterfly, a curved metal cover for sealing and creating uniform pressure, pressing the rotor against the base of the housing, and a fixed electrode in as a metallized layer on the outside

поверхности основани  корпуса, выполненный в виде диаметрально противоположно расположенных кольцевых сегментов 1.the surface of the base of the housing, made in the form of diametrically opposed annular segments 1.

Недостатком этого преобразовател   вл етс  вли ние перекоса между ротором и неподвижным электродом на вид выходной характеристики конденсатора.A disadvantage of this converter is the effect of skew between the rotor and the fixed electrode on the type of output characteristic of the capacitor.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  дифференци- альный емкостный преобразователь углового перемещени , содержащий два размещенных в одной плоскости неподвижных электрода, каждый из которых выполнен в виде одной пары электрически соединенных участков кольцевых сегментовThe closest in technical essence to the invention is a differential capacitive angular displacement transducer containing two stationary electrodes placed in the same plane, each of which is made in the form of one pair of electrically connected sections of the ring segments

ч VI ел о со VIh VI ate about sov VI

САCA

разного диаметра, расположенных диаметрально противоположно относительно оси симметрии преобразовател , разделенных радиальными зазорами и образующих два концентрически расположенных плоских кольца, в которых кольцевые сегменты одной пары чередуютс  с кольцевыми сегментами другой пары в окружном и радиальном направлени х, и установленный соосно с концентрическими кольцами в параллельной плоскости с возможностью вращени  относительно них третий электрод, состо щий из четного числа электрически соединенных участков кольцевых сегментов 2. Этот преобразователь также чувствителен к перекосам подвижного электрода относительно неподвижных электродов, что оказывает существенное вли ние на точность преобразовател .of different diameters, diametrically opposed to the axis of symmetry of the transducer, separated by radial clearances and forming two concentrically spaced flat rings in which the ring segments of one pair alternate with the ring segments of the other pair in the circumferential and radial directions, and mounted coaxially with the concentric rings in a parallel plane rotatable relative to them, the third electrode, consisting of an even number of electrically connected sections of the annular egmentov 2. This converter is also sensitive to distortions of the movable electrode with respect to the fixed electrodes that has a significant effect on the accuracy of the transducer.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовател  в диапазоне измерени  до 90° за счет минимизации вли ни  взаимного перекоса электродов.The purpose of the invention is to increase the accuracy of the transducer in the measuring range up to 90 ° by minimizing the influence of mutual distortion of the electrodes.

Цель достигаетс  тем. что дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещени , содержащий два размещенных в одной плоскости неподвижных электрода, каждый из которых выполнен в виде одной пары электрически соединенных участков кольцевых сегментов разного диаметра, расположенных диаметрально противоположно относительно оси симметрии преобразовател , разделенных радиальными зазорами и образующих два концентрически расположенных плоских кольца, в которых кольцевые сегменты одной пары чередуютс  с кольцевыми сегментами другой пары в окружном и радиальном направлени х, и установленный соосно с концентрическими кольцами в параллельной плоскости с возможностью вращени  относительно них третий электрод, состо щий из четного числа электрически соединенных участков кольцевых сегментов, снабжен дополнительными парами участков кольцевых сегментов, которые выполнены идентично сегментам первых двух пар и размещены в плоскости тех же концентрических колец, общее количество N пар сегментов каждого неподвижного электрода четное, а их радиальные размеры св заны соотношениемThe goal is achieved. that a differential capacitive angular displacement transducer containing two stationary electrodes placed in one plane, each of which is made in the form of one pair of electrically connected sections of ring segments of different diameters, diametrically opposed to the axis of symmetry of the transducer, separated by radial gaps and forming two concentrically arranged flat rings in which the annular segments of one pair alternate with the annular segments of the other pair in an ok radial direction, and mounted coaxially with concentric rings in a parallel plane with the possibility of rotation relative to them, the third electrode, consisting of an even number of electrically connected sections of the ring segments, is provided with additional pairs of sections of the ring segments, which are identical to the segments of the first two pairs and placed in the plane of the same concentric rings, the total number N of pairs of segments of each fixed electrode is even, and their radial dimensions are related

R2 V(Ri + h)4+Ri4-Ro4 (1)R2 V (Ri + h) 4 + Ri4-Ro4 (1)

где Ro, RI и Ra - внутренний радиус первого кольца и внешние радиусы первого и второго колец соответственно; h - изол ционный зазор между концентрическими кольцами. Участки кольцевых сегментов третьего электроДа имеют радиальные размеры, превышающие радиальные размеры концентрических колец неподвижных электродов, а их общее количество равно 2N.where Ro, RI and Ra are the inner radius of the first ring and the outer radii of the first and second rings, respectively; h is the insulating gap between the concentric rings. The segments of the ring segments of the third electrode have radial dimensions that exceed the radial dimensions of the concentric rings of the stationary electrodes, and their total number is 2N.

На фиг. 1 изображены неподвижные иIn FIG. 1 shows still and

подвижный электроды преобразовател  углового перемещени , имеющего диапазон измерени  от 0 до 90°; на фиг. 2 изображены неподвижные и подвижный электроды преобразовател  углового перемещени , имеющего диапазон измерени  от 0 до 45°.movable electrodes of an angular displacement transducer having a measuring range from 0 to 90 °; in FIG. 2 shows the fixed and movable electrodes of an angular displacement transducer having a measuring range from 0 to 45 °.

Дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещени  содержит два неподвижных электрода 1 и 2,The differential capacitive angular displacement transducer contains two stationary electrodes 1 and 2,

размещенных в одной плоскости и выполненных в виде кольцевых сегментов разного диаметра, установленного параллельно и соосно с ним подвижного электрода 3, который присоединены к входам измерительнойplaced in the same plane and made in the form of ring segments of different diameters, mounted in parallel and coaxially with it of the movable electrode 3, which is connected to the inputs of the measuring

схемы 4. Все кольцевые сегменты, образующие каждый из электродов, электрически св заны между собой. Неподвижный электрод 1 образует с подвижным электродом 3 конденсатор емкостью Ci, а неподвижныйcircuits 4. All ring segments forming each of the electrodes are electrically connected to each other. The fixed electrode 1 forms a capacitor Ci with the movable electrode 3, and the fixed

электрод 2 образует с подвижным электродом 3 конденсатор емкостью Си. Дифференциальна  емкость преобразовател  С Ci - Си. Величины радиусов R0 и RI могут быть выбраны произвольно. Величина радиуса R2the electrode 2 forms a capacitor C with a movable electrode 3. The differential capacitance of the Ci-Ci converter. The values of the radii R0 and RI can be arbitrarily selected. Radius R2

находитс  путем разложени  дифференциальной емкости С в р д Тейлора по углу перекоса между электродами и приравнивани  нулю линейного и квадратичного членов разложени .is found by expanding the differential capacitance C in the Taylor series in the angle of bias between the electrodes and equating to zero the linear and quadratic terms of the expansion.

8 случае, когда диэлектрическа  проницаемость е преобразовател  посто нна во врем  его работы, измерительна  схема 4 представл ет собой устройство, выходное напр жение которого пр мо пропорционально дифференциальной емкости преобразовател  С. Если диэлектрическа  проницаемость существенно измен етс  во врем  работы, преобразователь снабжаетс  дополнительным посто нным конденсатором CNI, физически выполненным таким образом , что его диэлектрическа  проницаемость зависит от параметров внешней среды так же, как и дифференциальна  емкость преобразовател . Измерительна  схема 4 в этом случае содержит дополнительный блок делени , выходное напр жение измерительной схемы пр мо пропорционально отношению8, when the dielectric constant of the transducer e is constant during its operation, the measuring circuit 4 is a device whose output voltage is directly proportional to the differential capacitance of the transducer C. If the dielectric constant varies significantly during operation, the transducer is provided with an additional constant a CNI capacitor physically designed in such a way that its dielectric constant depends on the parameters of the external medium in the same way as the differential bone transducer. The measuring circuit 4 in this case contains an additional division unit, the output voltage of the measuring circuit is directly proportional to the ratio

5555

Ci - СиCi - Ci

(2 )(2)

Измерительна  схема 4 выполн етс  на базе широко известных преобразователейThe measuring circuit 4 is based on well-known transducers

величины емкости в сигнал переменного или посто нного тока. В качестве Cm целесообразно использовать суммарную емкость Ci + Си. Однако эта емкость в значительной степени зависит от угла перекоса между электродами, так как ее разложение в р д Тейлора содержит не равный нулю квадратичный член. Дл  устранени  этого недостатка преобразователь снабжаетс  дополнительным кольцевым неподвижным электродом 5 (см. фиг, 1 и 2), соединенным с входом измерительной схемы 4, внешний радиус которого равенcapacitance values into an ac or dc signal. It is advisable to use the total capacity of Ci + Cu as Cm. However, this capacitance largely depends on the skew angle between the electrodes, since its expansion in the Taylor series contains a non-zero quadratic term. To eliminate this drawback, the transducer is equipped with an additional annular fixed electrode 5 (see FIGS. 1 and 2) connected to the input of the measuring circuit 4, whose external radius is

РзRz

..

цКа +cKa +

М4 + R24 - (Ri + h)4 + Ri4 - Ro. (3)M4 + R24 - (Ri + h) 4 + Ri4 - Ro. (3)

где hi - радиальный зазор между электродом 5 и электродами 1 и 2. Величина радиуса Вз определ етс  равенством нулю квадратичного члена разложени  в р д Тейлора по углу перекоса разностиwhere hi is the radial clearance between electrode 5 and electrodes 1 and 2. The radius Bz is determined by equal to zero the quadratic term of the expansion in the Taylor series by the angle of the difference

Cm Ci + Си - Civ,Cm Ci + Ci - Civ,

где Civ емкость, образованна  электродом 5 и электродом 3. Внешний радиус подвижного электрода 3 увеличен таким образом, чтобы подвижный электрод 3 имел полную площадь перекрыти  с электродом 5.where Civ is the capacitance formed by the electrode 5 and the electrode 3. The outer radius of the movable electrode 3 is increased so that the movable electrode 3 has a total area of overlap with the electrode 5.

Измерительна  схема 4 при наличии электрода 5 содержит дополнительный блок вычитани , а ее выходное напр жение пр мо пропорционально (4).In the presence of electrode 5, measuring circuit 4 contains an additional subtraction unit, and its output voltage is directly proportional to (4).

Устранить недостаток суммарной емкости Ci + Си можно также путем сдвига на 90° кольцевых сегментов подвижного электрода , расположенных над внешним концентрическим кольцом относительно кольцевых сегментов подвижного электрода, расположенных над внутренним концентрическим кольцом.The disadvantage of the total capacitance Ci + Cu can also be eliminated by 90 ° shift of the annular segments of the movable electrode located above the outer concentric ring relative to the annular segments of the movable electrode located above the inner concentric ring.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

При угловом перемещении подвижного электрода относительно неподвижных линейно мен етс  площадь перекрыти  между ними. При возникновении перекосов между подвижным и неподвижными электродами преобразовател  емкости конденсаторов Ci и Си измен тс  одинаковым образом и, следовательно, дифференциальна  емкость преобразовател  не будет зависеть от перекосов между электродами и выходное напр жение измерительной схе With the angular movement of the movable electrode relative to the stationary ones, the overlap area between them varies linearly. If distortions occur between the movable and stationary electrodes of the capacitor transducer, the capacitors Ci and Cu change in the same way and, therefore, the differential capacitance of the transducer will not depend on the distortions between the electrodes and the output voltage of the measuring circuit

мы 4 будет пр мо пропорционально величине углового перемещени .We 4 will be directly proportional to the magnitude of the angular displacement.

Данный преобразователь позвол ет уменьшить погрешность, вносимую переко- 5 сами электродов, в 3-5 раз. или при той же погрешности соответственно уменьшить его габариты по сравнению с известным преобразователем.This converter allows to reduce the error introduced by the distortion of the electrodes themselves by 3-5 times. or with the same error, respectively, reduce its dimensions in comparison with the known Converter.

Claims (1)

Формула изобретени The claims 10 Дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещени , содержащий два размещенных в одной плоскости неподвижных электрода, каждый из которых выполнен в виде одной пары электриче15 ски соединенных участков кольцевых сегментов разного диаметра, расположенных диаметрально противоположно относительно оси симметрии преобразовател , разделенных радиальными зазорами и об20 разующих два концентрически расположенных плоских кольца одинаковой площади, в которых кольцевые сегменты одной пары чередуютс  с кольцевыми сегментами другой пары, и установленный соосно с концен25 трическими кольцами в параллельной плоскости с возможностью вращени  относительно них третий электрод, состо щий из четного числа электрически соединенных участков кольцевых сегментов, отличаю30 щ и и с   тем, что, с целью повышени  его точности в диапазоне измерени  до 90° за счет минимизации вли ни  взаимного перекоса электродов, он снабжен дополнительными парами участков кольцевых10 A differential capacitive angular displacement transducer containing two stationary electrodes placed in the same plane, each of which is made in the form of one pair of electrically connected 15 segments of ring segments of different diameters, diametrically opposed to the axis of symmetry of the transducer, separated by radial gaps and forming two concentrically arranged flat rings of the same area in which the ring segments of one pair alternate with the ring segments another pair, and mounted coaxially with concentric rings in a parallel plane with the possibility of rotation relative to them, the third electrode, consisting of an even number of electrically connected sections of the ring segments, is distinguished by the fact that, in order to increase its accuracy in the measurement range up to 90 ° due to minimizing the influence of mutual bias of the electrodes, it is equipped with additional pairs of ring segments 35 сегментов, которые выполнены идентично сегментами первых двух пар и размещены в плоскости тех же концентрических колец, общее количество N пар сегментов каждого неподвижного электрода четное, а их ради40 альные размеры св заны соотношением:35 segments, which are identical to the segments of the first two pairs and are located in the plane of the same concentric rings, the total number N of pairs of segments of each stationary electrode is even, and their radial dimensions are related by the ratio: R2 V(Ri + h)4 + Ri4 - R047R2 V (Ri + h) 4 + Ri4 - R047 где RO, Ri и R2 - внутренний радиус первого кольца и внешние радиусы первого и второго колец соответственно;where RO, Ri and R2 are the inner radius of the first ring and the outer radii of the first and second rings, respectively; h - изол ционный зазор между концентрическими кольцами, участки кольцевых сегментов третьего электрода выполнены идентичными один другому по форме и имеют радиальные размеры, превышающие радиальные размеры концентрических колец неподвижных электродов, причем их количество равно N/2,h is the insulating gap between the concentric rings, the sections of the annular segments of the third electrode are identical in shape and have radial dimensions greater than the radial dimensions of the concentric rings of the stationary electrodes, and their number is N / 2, QutJQutj
SU904906284A 1990-12-03 1990-12-03 Differential capacitive angle displacement transducer RU1775037C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904906284A RU1775037C (en) 1990-12-03 1990-12-03 Differential capacitive angle displacement transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904906284A RU1775037C (en) 1990-12-03 1990-12-03 Differential capacitive angle displacement transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1775037C true RU1775037C (en) 1992-11-07

Family

ID=21557750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904906284A RU1775037C (en) 1990-12-03 1990-12-03 Differential capacitive angle displacement transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1775037C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент US № 4095263, кл. Н 01 G 5/06, 1978. Авторское свидетельство СССР № 1599644, кл. G 01 В 7/30, 1988. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4238781A (en) Capacitive angular displacement transducer for remote meter reading
US4851835A (en) Capacitive rotary transmitter for controlling and positioning displaced objects
US5598153A (en) Capacitive angular displacement transducer
US3732553A (en) Capacitive pick-off transducer
US4092579A (en) Brushless printed circuit resolver
US4823603A (en) Capacitance manometer having stress relief for fixed electrode
US4879552A (en) Variable capacitance type encoder
EP0023732B1 (en) Capacitive gauge
US4788546A (en) Electrostatic capacity type encoder
US6940278B2 (en) Angle transducer
US3517282A (en) Variable capacitance transducer
US3487402A (en) Digital capacitance motion transducer
GB2118720A (en) Capacitive position transducers
RU1775037C (en) Differential capacitive angle displacement transducer
US3121839A (en) Capacitive pickoff for displacement signal generator
RU188545U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF ANGLE OF ROTATION OF A SHAFT
RU1768954C (en) Differential capacitive angular displacement transducer
US2480187A (en) Electrical apparatus
GB946772A (en) Improvements in or relating to electrostatic capacitance resolvers
RU173573U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
RU1838755C (en) Angular displacement differential capacitive converter
RU2148788C1 (en) Detector of angular movements
RU2773267C1 (en) Capacitive absolute angular displacement transducer
CN114413746B (en) Multi-vector variable-area capacitive angular displacement encoder and measuring method thereof
KR100834416B1 (en) Rotating angle detection device used capacitive change and method