RU1838755C - Дифференциальный емкостный преобразователь углового перемещени - Google Patents

Abstract

HOI an Изобретение относитс  к измеритель- технике и имеет целью расширение дизона измер емого углового перемещени  до 360 и повышение точности путем уменьшени  вли ни  перекоса элехтродов дифференциального емкостного преобразовател  углового перемещени , кот )рый содержит два неподвижных электрода , образованных четырьм  кольцами, лежащими в общей плоскости и разделенными изол ционными спирал ми на участки, соединенные между собой определенным образом, Текущие радиусы спиралей св заны между собой заданными математическими соотношени ми. Подвижный электрод, установленный с возможностью вращени  в параллельной плоскости, состоит из кольцевых секторов, размещенных диаметрально противоположно в общей плоскости и образующих с неподвижными электродами два конденсатора переменной емкости с дифференциально измен ющимис  емкост ми. Имеютс  также защитные кольцевые электроды . Измерительна  схема, к которой подключены электроды преобразовател , реализуют логометрический метод измере- ни . 1 з.п.ф-лы, 1 ил. СЛ

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  угловых перемещений различ- ны объектов в приборостроении или автоматике .

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измер емого углового пере- меиени  до 360° и повышени  точности уменьшени  вли ни  перекоса электродов .

На чертеже изображены в одной плоскости неподвижные и подвижный электроды имкостного преобразовател  и схеыа их подключени  к измерительному блоку.

Дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещени  содержит два, размещенных в одной плоскости, неподвижных электрода, образованных четырьм  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 четвертого колец расположены на одной линии, проход щей через ось вращени  третьего электрода, совпадающую с геометрическим центром колец. Начала спиралей второго и третьего колец наход тс  на этой

00 СА) 00

ч

СЛ СЛ

СО

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 RI и раздел ющими эти кольца спирал ми 5 и 6, а также участками колец 3 и 4, ограниченных спирал ми 7 и 8 и внешними сторонами этих колец с радиусами RS и R4. Второй неподвижный электрод образован остальными электрически соединенными участками четырех колец.

Параллельно двум неподвижным электродам установлен с возможностью вращени  третий электрод 9. Эти электроды образуют дифференциальный конденсатор с емкост ми Ci и С2, измен ющимис  в функции углового положени  третьего;электроДЭ- . . . : . :;-.; .: ;; .. : .... . - .. ,

Третий электрод 9 состоит из двух провод щих кольцевых секторов 10 и 11, размещенных напротив колец 1 и 4, неподвижных электродов и третьего провод щего кольцевого сектора 12, расположенного диамет- ральнр противоположно относительно первых двух и размещенного напротив колец 2 и 3 неподвижных электродов.

Углова  величина а секторов электрода 9 (фиг.1} может быть.выбрана произвольной, при этом надо учитывать, что при малой величине а мала абсолютна  емкость преобразовател , с другой стороны, увеличение а приводит к уменьшению диапазона измер емых углов, равного (360°- и). ;

Текущие радиусы.п спиралей определ ютс  из услови  компенсации перекосов электродов и требуемой зависимости результирующей емкости преобразовател  С отугла поворота подвижного электрода9 относительно неподвижных электродов. Значени  текущих радиусов п спиралей получены путем разложени  в р д Тейлора результирующей емкости преобразовател  и приравнивани  нулю линейного и квадратичного членов разложени . Последнее уравнение дл  нахождени  п получаетс  за счет выбора требуемой зависимости результирующей емкости С от угла поворота р электрода 9 и выражени  этой зависимости . через текущие радиусы п спиралей. При составлении уравнений учтено небольшое радиальное рассто ние между кольцами неподвижных электродов, необходимое дл  их изол ции друг от друга.

В случае, когда диэлектрическа  проницаемость Ј преобразовател  посто нна во врем  его работы, измерительный блок 13 представл ет собой устройство, выходное

напр жение которого пр мопропорцио- нально результирующей емкости С Ci-C2. Если диэлектрическа  проницаемость к существенно измен етс  во врем  работы,

преобразователь снабжаетс  дополнительным посто нным конденсатором с емкостью Сз, диэлектрическа  проницаемость которого зависит от параметров внешней среды так же, как и у результирующей емкости преобразовател . Измерительный блок 13 содержит в этом случае дополнительный блок делени . Выходное напр жение измерительного блока при этом пр мопропорци f

онально отношению ,

В качестве емкости Сз целесообразно использовать суммарную емкость Сч + €2. Однако эта емкость в значительной степени зависит от угла перекоса между электрода- ми, так как ее разложение в р д Тейлора включает не равный нулю квадратичный

Член. ; л./.- :. . ...: ;

Дл . устранени  этого недостатка преобразователь снабжен двум  дополнитель .ными кольцевыми электродами 14 и 15, которые расположены в одной плоскости с неподвижными электродами, а также двум  дополнительными кольцевыми секторами 16 и 17, которые расположены в одной плоскости с подвижным электродом 9. Электроды 14 и 15 электрически св заны между собой, подключены к измерительному блоку 13 и расположены концентрично с двум  неподвижными электродами, охватыва  их

снаружи.

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

с подвижным электродом 9. Кольцевые сектора 16 и 17 образуют с кольцевыми электродами 14 и 15 два параллельно включенных конденсатора суммарной емкостью GI. Геометрические размеры электродов 14 и 15 и секторов 16 и 17 выбираютс  таким образом, чтобы в разложении в р д Тейлора С4 по углу перекоса электродов линейный член разложени  был равен 0, а квадратичный член разложени  был равен

аналогичному члену разложени  Ci + €2- В случае, если кольцевые сектора 16 и 17 расположены по одной линии с секторами по- . движногр электрода 9, емкость Сз Ci + С - С4 не зависит от перекоса электродов с

5 точностью до квадратичного члена разложени . В случае, если кольцевые сектора 16 и 17 расположены перпендикул рно секторам подвижного электрода 9, емкость Сз Ci + С2 + Сз также не зависит от перекоса

ектродов с точностью до квадратичного ена разложени .

В том случае, если спирали 5, 6, 7, 8, образующие неподвижные электроды, имеют значительную толщину и нарушаетс  условие Ci + С2 const, кольцевые электроды til и 15 необходимо незначительно спрофи- фовать из услови  Сз const, Если метал- 1заци  неподвижных электродов нанесена HiJ их внутреннюю поверхность, то в кольцах электродов 14 и 15 необходимо сделать уз- ie прорези дл  выводов неподвижных э ектродов за пределы преобразовател . Г эй металлизации неподвижных электро- дэв на наружной поверхности этого делать ;з требуетс . Измерительный блок 13 при наличии конденсатора С4 содержит допол- лтёльный блок суммировани , а его выход- be напр жение пр мопропорционально следующему соотношению: С|-С2

Сз ; ..

Устройство работает следующим обра- зЬм. При угловом перемещении подвижного электрода 9 относительно неподвижных электродов мен етс  площадь перекрыти  ежду ними, следовательно, мен етс  ре- льтирующа  емкость преобразовател . Г ри возникновении перекоса между подвижными и неподвижными электродами, емкости Ci и С2 измен ютс  одинаковым образом. Следовательно, результирующа  емкость Ci-Сз не будет зависит от перекоса электродов.

Данный преобразователь позвол ет уменьшить погрешность, вносимую перекосами электродов, в 3-5 раз или при исход- кой погрешности - соответственно уменьшить габариты устройства.

Claims (2)

1. Дифференциальный емкостный пре- сбразователь углового перемещени , со- ржащий два неподвижных, электрически (изолированных электрода, которые выпол- ь ены в виде расположенных в одной плоскости концентрических колец, установленный соосно с возможностью вращени  в парал- гельной плоскости электрод, выполненный Е виде провод щих, электрически соединен- ных между собой кольцевых секторов, за- k эепленных на общем диэлектрическом С сновании и расположенных по обе сторо- и ы относительно оси вращени  этого элект- рода, и подключенный к этим электродам измерительный блок, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона v змер емого углового перемещени  до 360° vi повышени  точности путем уменьшени  ЕЛИЯНИЯ перекоса электродов, он снабжен

третьим и четвертым неподвижными кольцами , установленными концентрично с первыми двум  в общей с ними плоскости, площадь каждого из четырех колец рэзделе- 5 на на две части изол ционной спиралью, начало каждой из которых расположено на внутренней стороне соответствующего кольца, текущие радиусы всех спиралей возрастают в одинаковом угловом направле0 нии, начала спиралей на первом и четвертом кольцах, имеющих соответственно наименьший и наибольший диаметры, рэсполо- - жены на одной линии, проход щей через геометрический центр колец по одну сторо5 ну от оси вращени , а начала спиралей на втором и третьем кольцах, размещенных между упом нутыми, расположены диаметрально противоположно относительно начал соответствующих спиралей на первом и

0 четвертом кольцах, один из неподвижных электродов образован электрически соединенными между собой участками первого и второго колец, ограниченными их внутренними кольцевыми сторонами и раздел ю5 Щими эти кольца спирал ми, а также участками третьего и четвертого колец, ограниченными соответствующими спирал ми и внешними сторонами этих колец, второй неподвижный электрод образован

0 остальными электрически соединенными . участками четырех колец два провод щих кольцевых сектора третьего электрода раз- . мещены напротив первого и четвертого колец .неподвижных электродов, а

5 расположенный диаметрально противоположно относительно них третий кольцевой сектор этого электрода размещен напротив второго и третьего колец неподвижных электродов, причем текущие значени  ради0 усов п спиралей, где i - пор дковый номер спирали{ I, II, III, IV), св заны следующими соотношени ми:

Аи и А

nv + пи - гп - ri const, riv3 - гш3 const,

5 ru3- П3 const,

2. Преобразователь г т п. 1, о т л и ч а JO- щи и с   тем, что он снабжен двум  подключенными к измерительному блоку дополни- тельными неподвижными кольцевыми

0 электродами, которые электрически св заны между собой, расположены концентрично в одной плоскости с двум  .неподвижными электродами и охватывают их снаружи, а также двум  дополнительны5 ми кольцевыми секторами, которые расположены в одной плоскости с кольцевыми секторами третьего электрода, электрически соединены с ним, расположены напротив соответствующих дополнительных колец и диаметрально противоположно

один другому, а их радиусы RK, где к 5,6,7,8,св заны следующими соотношени ми:

Re4 - + Re4 - Rs - const,

Re3 - - Re3 + Rs3 О,

где Rs и R - внутренние, a Re и Re - внешние радиусы дополнительных колец и дополни- 5 тельных кольцевых секторов.

Л

Ъ

fj