RU190045U1

RU190045U1 - ELECTRIC MEASURING DEVICE

Info

Publication number: RU190045U1
Application number: RU2019107412U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Шивринский
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-06-17

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах со стрелочными приборами и автоматическим сбором информации о значениях измеряемых величин. Электроизмерительный прибор содержит металлический корпус с электростатическим прозрачным экраном на внутренней поверхности лицевой панели, шкалу с нанесенными на нее неподвижными электродами, представляющими собой три концентрических дугообразных слоя с центром на оси вращения стрелочного указателя, при этом средний слой разделен пазом на две части с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелочным указателем и каждым из двух полученных таким образом электродов, а верхний дугообразный слой разделен радиальными пазами, совпадающими с оцифрованными отметками шкалы, на систему чередующихся электродов, объединенных электрически в два электрода, с возможностью дифференциального изменения емкостей между стрелочным указателем и каждым из двух полученных таким образом электродов. Технический результат - повышение чувствительности при измерении углового положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы. 3 ил.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in systems with switch instruments and automatic collection of information about the values of measured values. The electrical device contains a metal case with an electrostatic transparent screen on the inner surface of the front panel, a scale with stationary electrodes deposited on it, which are three concentric arcuate layers centered on the axis of rotation of the pointer, the middle layer is divided by a groove into two parts with the possibility of monotonous change of capacitances between the pointer and each of the two electrodes thus obtained, and the upper arcuate layer section N radial slots coinciding with the numbered scale marks, a system of alternating electrodes is electrically united in two electrodes, with a differential capacitance change between the pointer and the pointer each of the two electrodes thus obtained. The technical result is an increase in sensitivity when measuring the angular position of the arrow pointer relative to the digitized scale marks. 3 il.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах со стрелочными приборами и автоматическим сбором информации о значениях измеряемых величин.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in systems with switch instruments and automatic collection of information about the values of measured values.

Известен электроизмерительный прибор с встроенным емкостным датчиком, образованным стрелочным указателем и нанесенной на шкалу системой неподвижных электродов из токопроводящего материала (см. патент РФ №1308018, G01R 35/00, Б.И. №14, 1997).Known electrical measuring device with built-in capacitive sensor, formed by a pointer and applied to the scale of the system of stationary electrodes of conductive material (see RF patent №1308018, G01R 35/00, BI, №14, 1997).

Под действием измеряемого сигнала подвижная часть прибора поворачивается, и стрелочный указатель изменяет свое положение относительно оцифрованных отметок шкалы, а значит, и относительно слоев проводящего материала, расположенных соосно с оцифрованными отметками. При прохождении стрелочным указателем середины оцифрованной отметки электрическая емкость между стрелочным указателем и соответствующим слоем проводящего материала максимальна.Under the action of the measured signal, the moving part of the device rotates, and the pointer changes its position relative to the digitized scale marks, and therefore, relative to the layers of conductive material located coaxially with the digitized marks. When passing by the pointer indicator of the middle of the digitized mark, the electrical capacitance between the pointer pointer and the corresponding layer of conductive material is maximum.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного электроизмерительного прибора, относится невозможность идентификации слоя, над которым в данный момент находится стрелочный указатель, при произвольном характере изменения входного сигнала прибора.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known electrical measuring device include the impossibility of identifying the layer above which the pointer is currently located, given the arbitrary nature of the change in the input signal of the device.

Наиболее близким электроизмерительным прибором того же назначения к заявленному прибору по совокупности признаков является прибор с встроенным емкостным датчиком, образованным стрелочным указателем из токопроводящего материала и нанесенными на шкалу неподвижными электродами из токопроводящего материала, электрически изолированными как от шкалы, так и от остальных элементов конструкции прибора, в котором корпус прибора выполнен металлическим с нанесенным на внутреннюю поверхность лицевой панели электростатическим прозрачным экраном, а система неподвижных электродов представляет собой три концентрических дугообразных слоя с центром на оси вращения стрелочного указателя, при этом средний слой разделен пазом на две части, (см. патент РФ на полезную модель №164300, G01D 5/00, G01R 5/00, Б.И. №24, 2016) и принятый за прототип.The closest electrical measuring instrument of the same purpose to the declared instrument is, for a combination of features, an instrument with a built-in capacitive sensor, formed by a pointer indicator of conductive material and stationary electrodes of conductive material applied to the scale, electrically isolated both from the scale and from the rest of the device’s structural elements, in which the instrument case is made of metal with an electrostatic transparent screen deposited on the inner surface of the front panel nom, and the system of stationary electrodes consists of three concentric arcuate layers with the center on the axis of rotation of the arrow pointer, while the middle layer is divided by a groove into two parts (see RF patent for useful model No. 164300, G01D 5/00, G01R 5/00 , BI No. 24, 2016) and adopted for the prototype.

Форма паза между электродами среднего дугообразного слоя выбирается такой, что площади перекрытия неподвижных электродов и стрелочного указателя при его повороте в одну сторону изменяются монотонно и дифференциально относительно друг друга, при этом выходные емкости электродов также будут изменяться дифференциально и монотонно. Емкости между электродами внешних дугообразных слоев и стрелочным указателем могут использоваться для ввода поправок как на изменение зазора между стрелочным указателем и шкалой, так и на угол наклона стрелочного указателя к плоскости шкалы.The shape of the groove between the electrodes of the middle arcuate layer is chosen such that the overlap areas of the stationary electrodes and the arrow pointer change monotonically and differentially relative to each other when rotated in one direction, while the output capacitances of the electrodes will also change differentially and monotonously. Capacities between the electrodes of the outer arcuate layers and the arrow pointer can be used to enter corrections both for the change in the gap between the arrow pointer and the scale, and for the angle of inclination of the arrow pointer to the scale plane.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже результата при использовании известного электроизмерительного прибора с встроенным емкостным датчиком, принятого за прототип, относится малая чувствительность при определении углового положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы.The reason that impedes the achievement of the result indicated below when using a known electrical measuring instrument with a built-in capacitive sensor adopted for the prototype is the low sensitivity in determining the angular position of the arrow pointer relative to the digitized scale marks.

Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является разработка электроизмерительного прибора.The technical problem addressed by the utility model is the development of an electrical measuring instrument.

Технический результат - повышение чувствительности при измерении углового положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы.The technical result is an increase in sensitivity when measuring the angular position of the arrow pointer relative to the digitized scale marks.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный электроизмерительный прибор содержит металлический корпус с электростатическим прозрачным экраном на внутренней поверхности лицевой панели, шкалу с нанесенными на нее неподвижными электродами, представляющими собой три концентрических дугообразных слоя с центром на оси вращения стрелочного указателя, при этом средний слой разделен пазом на две части с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелочным указателем и каждым из двух полученных таким образом электродов.This technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that the well-known electrical measuring device contains a metal case with an electrostatic transparent screen on the inner surface of the front panel, a scale with fixed electrodes deposited on it, which are three concentric arcuate layers centered on the axis of rotation of the arrow pointer, This middle layer is divided by a groove into two parts with the possibility of differential and monotonous changes in the capacities between the pointer and azatelem and each of the two electrodes thus obtained.

Особенностью является то, что верхний дугообразный слой разделен радиальными пазами, совпадающими с оцифрованными отметками шкалы, на систему чередующихся электродов, объединенных электрически в два электрода, с возможностью дифференциального изменения емкостей между стрелочным указателем и каждым из двух полученных таким образом электродов.The peculiarity is that the upper arcuate layer is divided by radial grooves, which coincide with digitized scale marks, into a system of alternating electrodes, electrically combined into two electrodes, with the possibility of differential variation of capacitances between the pointer indicator and each of the two electrodes thus obtained.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема неподвижных электродов в виде трех концентрических дугообразных слоев, отделенных друг от друга пазами, с центром на оси вращения стрелочного указателя, на фиг. 2 - схема неподвижных электродов разделенных радиальными пазами на дугообразные электроды и пазами с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелочным указателем и неподвижными электродами, на фиг. 3 - зависимости изменения емкостей между стрелочным указателем и неподвижными электродами при изменении положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the stationary electrodes in the form of three concentric arcuate layers separated from each other by grooves with the center on the axis of rotation of the arrow pointer; FIG. 2 is a diagram of stationary electrodes separated by radial grooves into arc-shaped electrodes and grooves with the possibility of differential and monotonous changes in the capacitances between the pointer and stationary electrodes; FIG. 3 - dependence of the capacitance between the pointer and fixed electrodes when changing the position of the pointer relative to the digitized scale marks.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.Information confirming the possibility of implementing a utility model with obtaining the above technical result are as follows.

Электроизмерительный прибор содержит металлический корпус с электростатическим прозрачным экраном на внутренней поверхности лицевой панели, шкалу 1 (фиг. 1) с нанесенными на нее неподвижными электродами 2, 3, 4 из токопроводящего материала в виде трех концентрических дугообразных слоев с центром на оси вращения стрелочного указателя 6, отделенных друг от друга пазами, электрически изолированными как от шкалы 1, так и от остальных элементов конструкции прибора, оцифрованные отметки 5 шкалы 1 и стрелочный указатель 6 из токопроводящего материала.The electrical device contains a metal case with an electrostatic transparent screen on the inner surface of the front panel, scale 1 (Fig. 1) with fixed electrodes 2, 3, 4 of conductive material in the form of three concentric arcuate layers centered on the axis of rotation of the arrow pointer 6 , separated from each other by grooves, electrically isolated both from scale 1, and from the remaining structural elements of the device, digitized marks 5 of scale 1 and dial gauge 6 of the conductive mother la.

При этом неподвижный электрод 3 (средний слой, фиг. 1) разделен пазом на две части с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелочным указателем 6 и каждым из двух полученных таким образом электродов 7, 8 (фиг. 2). Неподвижный электрод 4 (верхний слой, фиг. 1) разделен радиальными пазами, совпадающими с оцифрованными отметками 5 шкалы 1, на систему чередующихся электродов 9, 10 (фиг. 2) с возможностью дифференциального изменения емкостей между стрелочным указателем 6 и каждым из двух полученных таким образом электродов 9, 10.While the fixed electrode 3 (middle layer, Fig. 1) is divided by a groove into two parts with the possibility of differential and monotonous changes in capacitances between the pointer pointer 6 and each of the two electrodes 7, 8 thus obtained (Fig. 2). The stationary electrode 4 (top layer, Fig. 1) is divided by radial grooves that coincide with the digitized marks 5 on the scale 1, into a system of alternating electrodes 9, 10 (Fig. 2) with the possibility of a differential change of capacitances between the pointer 6 and each of the two way electrodes 9, 10.

Электроизмерительный прибор работает следующим образом.Electrical device works as follows.

Под действием измеряемого сигнала стрелочный указатель 6 изменяет свое положение относительно отметок 5 шкалы 1 и системы неподвижных электродов 2, 7, 8, 9, 10.Under the action of the measured signal, the arrow pointer 6 changes its position relative to the marks 5 of the scale 1 and the system of stationary electrodes 2, 7, 8, 9, 10.

При нахождении стрелочного указателя 6 в зоне электродов 2, а также в средней зоне электродов 9 или 10, выходные емкости соответствующих электродов не зависят от угла поворота стрелочного указателя 6, но изменяются в зависимости от расстояния между стрелочным указателем 6 и соответствующим участком шкалы 1.When the arrow pointer 6 is located in the zone of the electrodes 2, as well as in the middle zone of the electrodes 9 or 10, the output capacitances of the respective electrodes do not depend on the angle of rotation of the pointer 6, but change depending on the distance between the pointer 6 and the corresponding portion of the scale 1.

Площади перекрытия неподвижных электродов 7, 8 и стрелочного указателя 6 при его повороте в одну сторону изменяются монотонно и дифференциально относительно друг друга, при этом выходные емкости электродов 7, 8 также будут изменяться дифференциально и монотонно.The areas of overlap of the stationary electrodes 7, 8 and the pointer 6, when rotated in one direction, change monotonically and differentially relative to each other, while the output capacitances of the electrodes 7, 8 will also change differentially and monotonously.

Площади перекрытия неподвижных электродов 9, 10 и стрелочного указателя 6 при его движении в окрестностях радиального паза изменяются дифференциально относительно друг друга, при этом выходные емкости электродов 9, 10 также будут изменяться дифференциально.The area of overlap of the stationary electrodes 9, 10 and the pointer 6 when it moves in the vicinity of the radial groove changes differentially relative to each other, and the output capacitances of the electrodes 9, 10 will also change differentially.

Результаты экспериментального исследования опытного образца емкостного датчика (фиг. 1, 2) электроизмерительного прибора приведены на фиг. 3, где С₇, C₈, С₉, С₁₀ - зависимости изменения выходных емкостей между стрелочным указателем 6 и неподвижными электродами 7, 8, 9, 10 соответственно, при изменении угла поворота стрелочного указателя 6 от 0 до 5 делений шкалы.The results of an experimental study of a prototype of a capacitive sensor (Fig. 1, 2) of an electrical measuring instrument are shown in FIG. 3, where C ₇ , C ₈ , C ₉ , C ₁₀ are dependences of the change in output capacitances between the pointer pointer 6 and the fixed electrodes 7, 8, 9, 10, respectively, when the angle of rotation of the pointer pointer 6 changes from 0 to 5 divisions of the scale.

Исследования показали, что предлагаемый электроизмерительный прибор с встроенным емкостным датчиком имеет повышенную чувствительность при измерении углового положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы.Studies have shown that the proposed electrical measuring device with a built-in capacitive sensor has an increased sensitivity when measuring the angular position of the pointer of the pointer relative to the digitized scale marks.

Предлагаемый электроизмерительный прибор с встроенным емкостным датчиком углового положения стрелочного указателя может найти применение в измерительных системах со стрелочными приборами и автоматическим сбором информации о значениях контролируемых величин.The proposed electrical measuring instrument with built-in capacitive angular position sensor of the pointer may be used in measuring systems with switch instruments and automatic collection of information on the values of monitored values.

Claims

An electrical device containing a metal case with an electrostatic transparent screen on the inner surface of the faceplate, a scale with stationary electrodes deposited on it, which are three concentric arcuate layers centered on the axis of rotation of the pointer, the middle layer is divided by a groove into two parts with a differential and a monotonous change in the capacitance between the pointer and each of the two electrodes thus obtained, characterized in that the upper du Oring layer is divided by radial slots coinciding with numbered scale marks, a system of alternating electrodes is electrically united in two electrodes, with a differential capacitance change between the pointer and the pointer each of the two electrodes thus obtained.