SU1226015A1 - Differential variable-capacitance linear displacement transducer - Google Patents

Differential variable-capacitance linear displacement transducer Download PDF

Info

Publication number
SU1226015A1
SU1226015A1 SU843743869A SU3743869A SU1226015A1 SU 1226015 A1 SU1226015 A1 SU 1226015A1 SU 843743869 A SU843743869 A SU 843743869A SU 3743869 A SU3743869 A SU 3743869A SU 1226015 A1 SU1226015 A1 SU 1226015A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrodes
pair
screen
pairs
gap
Prior art date
Application number
SU843743869A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Илларионович Даников
Татьяна Степановна Даникова
Виктор Евгеньевич Луценко
Александр Степанович Шмачилин
Original Assignee
Московский Институт Электронного Машиностроения
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 Московский Институт Электронного Машиностроения filed Critical Московский Институт Электронного Машиностроения
Priority to SU843743869A priority Critical patent/SU1226015A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1226015A1 publication Critical patent/SU1226015A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  линейных перемещений совместно с автогенераторным вторичным преобразователем и позвол ет повысить линейность характеристики преобразовани  датчика линейных перемеш.ений емкостного типа , содержащего две пары противолежащих электродов, отличающихс  по площади не менее, чем в 4-7 раз, и размещенного между ними заземленного экрана, установленного с возможностью перемещени  в направлении к ним. Каждый электрод одной пары соединен через один из конденсаторов св зи с расположенным по другую сторону от экрана электродом другой пары. Рассто ние между электродами второй пары выполн етс  на 10-25% меньще зазора между электродами первой пары, а размеры экрана превышают размеры обеих пар элект-родов, что исключает краевые эффекты. При перемещении экрана, св зываемого с объектом контрол  в процессе измерени , измен етс  рассто ние между ним и парами электродов датчика, что вызывает изменение частот двух автогенераторов, а следовательно и разност- .ной частоты, измен ющейс  пропорционально контролируемому перемещению, благодар  выбранным соотнощени м размеров электродов и величин емкостей конденсаторов. 2 ил. se bO N3The invention relates to a measurement technique and can be used to control linear displacements in conjunction with an autogenerator secondary transducer and improves the linearity of a linear capacitance-type transducer type conversion function containing two pairs of opposing electrodes differing in area by no less than 4-7. times, and a grounded shield disposed therebetween, mounted to move towards them. Each electrode of one pair is connected through one of the coupling capacitors to the electrode of the other pair located on the other side of the screen. The distance between the electrodes of the second pair is 10-25% smaller than the gap between the electrodes of the first pair, and the screen sizes exceed the dimensions of both pairs of electrodes, which eliminates edge effects. When moving the screen associated with the test object during the measurement, the distance between it and the sensor electrode pairs changes, which causes a change in the frequencies of the two autogenerators, and hence the difference frequency, which changes in proportion to the controlled movement due to the selected ratios sizes of electrodes and sizes of capacitors. 2 Il. se bO N3

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  линейных перемещений совместно с автогенераторным вторичным преобразователем .The invention relates to a measurement technique and can be used to control linear movements in conjunction with an autogenerator secondary transducer.

Цель изобретени  - повышение линейности характеристики преобразовани  датчика .The purpose of the invention is to increase the linearity of the transform characteristic of the sensor.

На фиг. 1 показана конструктивна  схема датчика; на фиг. 2 (а, б, в) - изFIG. 1 shows a structural diagram of the sensor; in fig. 2 (a, b, c) - of

менение емкостей между электродами и экcapacitance between electrodes and ec

раном датчика, изменение частот f: и 2 на выходах автогенераторов и разностной частоты Af на выходе смесител  соответственно .sensor wound, changing the frequency f: and 2 at the outputs of the oscillators and the difference frequency Af at the mixer output, respectively.

Датчик содержит первую пару подклю- ченных к его выходам плоских электродов 1 и вторую пару установленных р дом с ними электродов 2, площадь которых в 4-7 раз превышает площадь электродов первой пары. Между ними размещен соединенный с общей точкой заземлени  эк- ран 3. Между каждым электродом 1 первой пары и лежащим по другую сторону экрана электродом 2 другой пары включены конденсаторы 4. Электроды 2 второй пары установлены на рассто нии между собой, меньшим рассто ни  (зазора) между электро- дами 1 первой пары на величину б. Экран 3 выполнен перекрещивающим площади обеих пар электродов, дл  чего его размеры выполнены превышающими суммарные размеры этих электродов. Экран 3 установ- лен в зазоре между электродами 1 и 2 с возможностью перемещени  X по направлению к ним. К выходным клеммам 5 датчика , к которым подключены непосредственно электроды 1 первой пары и через конденсаторы 4 - электроды 2 второй пары, при- соединены два автогенератора 6 и 7 и блок сравнени  их частот, выдел ющий разностную частоту и выполненный в виде смесител  8.The sensor contains the first pair of flat electrodes 1 connected to its outputs and the second pair of electrodes 2 installed next to them, the area of which is 4-7 times the area of the electrodes of the first pair. Between them is placed a shield 3 connected to a common grounding point. Between each electrode 1 of the first pair and lying on the other side of the screen electrode 2 of the other pair are included capacitors 4. The electrodes 2 of the second pair are set at a distance between themselves that is shorter (gap) between the electrodes 1 of the first pair by the value of b. Screen 3 is made by crossing the area of both pairs of electrodes, for which its dimensions are larger than the total dimensions of these electrodes. Screen 3 is installed in the gap between electrodes 1 and 2 with the possibility of moving X towards them. To the output terminals 5 of the sensor, to which electrodes 1 of the first pair are directly connected and through capacitors 4 — electrodes 2 of the second pair, are connected two auto-oscillators 6 and 7 and a frequency comparison unit that separates the difference frequency and is made in the form of a mixer 8.

Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений работает следующим об- разом.The differential capacitive linear displacement sensor operates as follows.

При симметричном положении экрана 3 относительно электродов 1 и 2 величины емкости между выходными клеммами 5 датчика и его общей точкой равны между собой, что соответствует нулевому выходному сигналу датчика. При перемещении экрана 3 от положени  симметрии, например, вправо , на величину X емкость Ci между ним и ближайшим электродом 2 увеличиваетс  по гиперболическому законуWith a symmetrical position of the screen 3 with respect to the electrodes 1 and 2, the capacitance values between the output terminals 5 of the sensor and its common point are equal to each other, which corresponds to a zero output signal of the sensor. When screen 3 is moved from the position of symmetry, for example, to the right, by the value of X, the capacitance Ci between it and the nearest electrode 2 increases according to a hyperbolic law.

С,-i-. (I)C, -i. (I)

Однако т. к. электроды 2 подключены к выходным клеммам 5 датчика через конденсаторы 4, эквивалентное изменение ем- кости С от перемещени  X имеет видHowever, since the electrodes 2 are connected to the output terminals 5 of the sensor via capacitors 4, the equivalent change in capacitance C due to movement X is

2)2)

5five

00

0 .. 0 ..

0 0

00

5 five

5five

где b - константа, определ ема  величиной емкости конденсаторов 4.where b is a constant determined by the value of the capacitance of the capacitors 4.

Величина емкости €2 между экраном 3 и ближним электродом 1 также возрастает при перемещении экрана 3 вправо. Вследствие того, что электроды 1 расположены на более далеком рассто нии от экрана 3, зависимость этой емкости от величины перемещени  X имеет видThe capacitance value of € 2 between screen 3 and near electrode 1 also increases as screen 3 moves to the right. Due to the fact that the electrodes 1 are located farther from the screen 3, the dependence of this capacitance on the magnitude of the displacement X is

;(3) ; (3)

где б - разностное значение зазоров между парами электродов 1 и 2.where b is the difference value of the gaps between pairs of electrodes 1 and 2.

На суммарную величину указанных емкостей датчика вли ют также емкости между электродами 1 и 2, от которых экран 3 удал етс  при перемещении X. Однако вли нием этих емкостей на изменение суммарной емкости датчика на границах диапазона измерений можно пренебречь вследствие их малости. По отнощению величин емкостей С: (2) и Са (3), измер емому с помощью автогенераторов 6 и 7 и смесител  8, определ ют величину X перемещени  экрана 3 и св занного с ним объекта контрол . Разделив (2) на (3), получаем:The total value of the indicated sensor capacitances is also influenced by the capacitance between electrodes 1 and 2, from which screen 3 moves away when X is moved. However, the influence of these capacitors on the change in the total capacitance of the sensor at the boundaries of the measurement range can be neglected due to their smallness. Regarding the values of capacitances C: (2) and Ca (3), measured with the help of autogenerators 6 and 7 and the mixer 8, determine the value X of the displacement of the screen 3 and the associated control object. Dividing (2) by (3), we get:

(4)(four)

Таким образом, величина перемещени  X определ етс  следующим выражением:Thus, the magnitude of the displacement X is determined by the following expression:

VуР. 1/ г Vop. 1 / g

X-Yjjip (5)X-Yjjip (5)

Так как константы b и б  вл ютс  свободными параметрами, они могут быть выбраны таким образом, чтобы дробный член в (5) не зависел от X. Действительно , величинаSince the constants b and b are free parameters, they can be chosen so that the fractional term in (5) does not depend on X. Indeed, the value

ЬХ+1(bX+l)b.Bx + 1 (bx + l) b.

-xTF- bx+ьб условии, что .-xTF- bx + bb provided that.

Исход  из практически существующих требований к сохранению чувствительности датчика и диапазона контролирующих перемещений , можно показать, что это условие выполн етс , если выбирать площадь второй пары электродов в 4-7 раз большей, чем площадь электродов первой пары, рассто ние между ними на 10-25% меньше зазора между электродами первой пары, а величину емкости конденсаторов 4 - в 10-20 раз большей номинальной (в исходном положении) емкости датчика.Based on the practically existing requirements for maintaining the sensitivity of the sensor and the range of controlling movements, it can be shown that this condition is satisfied if the area of the second pair of electrodes is 4-7 times larger than the area of the electrodes of the first pair, the distance between them is 10-25 % less than the gap between the electrodes of the first pair, and the capacitance of the capacitors 4 - 10-20 times greater than the nominal (in the initial position) capacitance of the sensor.

Так как дробный член выражени  (5) при указанных соотношени х практически не мен етс , характеристика преобразовани  датчика близка к линейной.Since the fractional term of expression (5) is practically unchanged at the indicated ratios, the transform characteristic of the sensor is close to linear.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Дифференциальный емкостный датчик линейных перемещений, содержащий паруDifferential capacitive linear displacement sensor containing a pair электродов, установленных с зазором один напротив другого и подключенных к выходным клеммам датчика, и размещенный в зазоре параллельно им экран, выполненный с возможностью перемещени  в направлении к электродам и св зываемый в процессе измерени  с объектом контрол , отличающийс  тем, что, с целью повыщени  линейности характеристики преобразовани , он снабжен второй парой электродов, площадь которых превышает площадь электродов первой пары и которые установлены один напротив другого по разные стороны экрана на уменьшенном рассто нии между собой, по сравнению с зазором между электродами первой пары, и двум  конденсаторами, соедин ющими каждый электрод одной пары с расположенным по другую сторону экрана электродом другой пары, а размеры экрана превышают суммарные размеры обеих пар электродов.electrodes installed with a gap opposite one another and connected to the output terminals of the sensor, and a screen placed parallel to them in the gap, capable of moving in the direction of the electrodes and connected to the test object during the measurement process, characterized in that in order to increase linearity conversion characteristics, it is provided with a second pair of electrodes, the area of which exceeds the area of the electrodes of the first pair and which are installed opposite each other on opposite sides of the screen at a reduced distance between each other, compared with the gap between the electrodes of the first pair, and the two capacitors connecting each electrode of one pair to the other pair located on the other side of the screen, and the screen sizes exceed the total dimensions of both pairs of electrodes. .J.J Составитель Л. КислнцинCompiled by L. Kislntsin Редактор Н. ТупицаТехред И. ВересКорректор О. Лугова Editor N. TupitsaTehred I. VeresKorrektor O. Lugova Зэказ 1978/26Тираж 670ПодписноеZakaz 1978/26 Circulation 670 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытийfor inventions and discoveries 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab. 4/5 Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Branch PPP "Patent, Uzhgorod, st. Project, 4
SU843743869A 1984-05-24 1984-05-24 Differential variable-capacitance linear displacement transducer SU1226015A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843743869A SU1226015A1 (en) 1984-05-24 1984-05-24 Differential variable-capacitance linear displacement transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843743869A SU1226015A1 (en) 1984-05-24 1984-05-24 Differential variable-capacitance linear displacement transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1226015A1 true SU1226015A1 (en) 1986-04-23

Family

ID=21120234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU843743869A SU1226015A1 (en) 1984-05-24 1984-05-24 Differential variable-capacitance linear displacement transducer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1226015A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Арш Э. И. Автогенераторные методы и средства измерений. Л.: Машиностроение, 1979, с. 99-107. Агейкин Д. И. Датчики контрол и регулировани . М.: Машиностроение, 1965, с. 203. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3858097A (en) Pressure-sensing capacitor
US5992240A (en) Pressure detecting apparatus for measuring pressure based on detected capacitance
US4451780A (en) Non-contact type microdisplacement meter
US3706919A (en) Capacitive gauge
SU1226015A1 (en) Differential variable-capacitance linear displacement transducer
US4439725A (en) Microdisplacement detector
SU1469339A1 (en) Capacitive transducer of movements with variable interelectrode gap
RU1803718C (en) Capacitive displacement transducer
SU1599644A1 (en) Differential capacitive transducer of displacements
SU1578448A1 (en) Method of measuring displacements
RU1838755C (en) Angular displacement differential capacitive converter
SU989318A1 (en) Differential capacitive displacement pickup
SU1796880A1 (en) Capacitance differential displacement transducer
SU974098A1 (en) Capacitive displacement pickup
SU1249319A1 (en) Capacitive transducer of angular shifts with variable gap
SU1250836A1 (en) Capacitance converter of linear movements
SU1259101A1 (en) Device for measuring dielectric band width
JPH04305107A (en) Electrostatic capacity type length-measuring equipment
SU488979A1 (en) Capacitive displacement transducer
SU1504493A1 (en) Capacitive differential displacement transducer
SU1626081A1 (en) Capacitive pickup of linear movement
SU1226017A2 (en) Variable-capacitance displacement transducer
SU1185069A1 (en) Capacitive movement transducer having a variable clearance
JPH04305106A (en) Electrostatic capacity type length-measuring equipment
SU1516748A1 (en) Capacitive differential transducer of movements