SU1249319A1 - Capacitive transducer of angular shifts with variable gap - Google Patents

Capacitive transducer of angular shifts with variable gap Download PDF

Info

Publication number
SU1249319A1
SU1249319A1 SU853853712A SU3853712A SU1249319A1 SU 1249319 A1 SU1249319 A1 SU 1249319A1 SU 853853712 A SU853853712 A SU 853853712A SU 3853712 A SU3853712 A SU 3853712A SU 1249319 A1 SU1249319 A1 SU 1249319A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrodes
winding
capacitive
turns
variable gap
Prior art date
Application number
SU853853712A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Феодосий Борисович Гриневич
Original Assignee
Институт Электродинамики Ан Усср
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 Институт Электродинамики Ан Усср filed Critical Институт Электродинамики Ан Усср
Priority to SU853853712A priority Critical patent/SU1249319A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1249319A1 publication Critical patent/SU1249319A1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и позвол ет определ ть с повышенной точностью стабильность заданных углов во времени или их вариации под вли нием внешних факторов при использовании емкостного преобразовател  угловых перемеш,ений с переменным зазором. Этот преобразователь содержит подвижный электрод в виде клина с двум  провод щими гран ми, установленный между двум  неподвижными электродами с возможностью врашени  вокруг их общей оси. Обе провод щие грани клинообразного подвижного электрода электрически соединены и подключены к входу детектора равновеси  мостовой схемы измерени  емкостного сопротивлени  преобразовател . Выход детектора подключен к подвижному контакту регулируемой вторичной обмотки питающего трансформатора , намотанной обмотке этого трансформатора, имеющей неизменное число витков и подключенной к неподвижным электродам емкостного датчика угла. При изменении углового положени  подвижного электрода нарушаетс  баланс мостовой схемы измерени , который восстанавливаетс  по сигналу детектора равновеси  путем изменени  числа витков вторичной обмотки питающего трансформатора. Точность и временна  стабильность емкостного преобразовател  с переменным зазором обусловлены тем, что его выходной сигнал зависит лишь от трех достаточно стабильных и определ емых с высокой точностью величин: чисел витков вторичных обмоток питающего трансформатора и заданного угла установки двух йеподйижных электродов емкостного датчика угла. 1 ил. б (Л to 4 со СА;The invention relates to a measurement technique and makes it possible to determine with improved accuracy the stability of given angles in time or their variation under the influence of external factors when using a capacitive converter of angular mixing, variable gap. This transducer contains a moving electrode in the form of a wedge with two conducting edges, mounted between two stationary electrodes with the possibility of a turn around their common axis. Both conductive faces of the wedge-shaped moving electrode are electrically connected and connected to the input of the equilibrium detector of a bridge capacitance measuring circuit of the converter. The detector output is connected to a movable contact of an adjustable secondary winding of a supply transformer wound to the winding of this transformer, having a constant number of turns and connected to fixed electrodes of a capacitive angle sensor. When the angular position of the moving electrode changes, the balance of the measuring bridge circuit is disturbed, which is restored by the signal from the equilibrium detector by changing the number of turns of the secondary winding of the supply transformer. The accuracy and temporal stability of a capacitive transducer with a variable gap is due to the fact that its output signal depends only on three sufficiently stable and highly accurate values: the number of turns of the secondary windings of the supply transformer and the set angle of installation of two hydroelectric electrodes of the angle sensor. 1 il. b (L to 4 with SA;

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в различных област х техники и промышленного производства дл  измерени  угловых перемещений , определени  стабильности задан- ных углов во времени или их вариаций под вли нием внешних факторов.The invention relates to a measurement technique and can be used in various fields of engineering and industrial production for measuring angular displacements, determining the stability of given angles in time, or variations thereof under the influence of external factors.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  путем исключени  вли ни  диэлектрической проницаемости среды в межэлектродном пространстве емкостного преобразовател  и исключени  вли ни  нестабильности емкости образцового конденсатора , включенного в мостовую схему измерени  и преобразовани  сигнала емкостного преобразовател .The purpose of the invention is to improve the accuracy of conversion by eliminating the influence of the dielectric constant of the medium in the interelectrode space of the capacitive converter and eliminating the influence of the instability of the capacitance of an exemplary capacitor included in the bridge circuit for measuring and converting the signal of the capacitive converter.

На чертеже представлена принципиальна  схема емкостного преобразовател  угловых перемещений с переменным зазором.The drawing shows a schematic diagram of a capacitive angular displacement transducer with a variable gap.

Преобразователь содержит емкостный датчик угла с двум  плоскими неподвижными электродами 1 и 2, закрепленными на 20 изол ционных пластинах 3 и 4 под углом один к другому и имеющими общую ось 5 вращени , центральна  лини  6 которой совмещена с линией пересечени  плоскостей,  вл ющихс  продолжением активных внут15The converter contains a capacitive angle sensor with two flat stationary electrodes 1 and 2 mounted on 20 insulating plates 3 and 4 at an angle to one another and having a common axis of rotation 5, the central line 6 of which is aligned with the line of intersection of the planes that are the continuation of active internal

нию намотки обмотки 20, бл обеспечиваетс  их встречно п ное соединение. Два других п схемы измерени  образованы и Сг между активными провод ност ми электродов 1,11 и 2,11 но, величины которых опред ми oCi. и oCj, между этими элекThe winding of the winding 20, bl, is provided for their opposite connection. Two other measurement circuits are formed and Cr between the active conductors of the electrodes 1.11 and 2.11, the values of which are defined by oCi. and oCj, between these elec

Преобразователь работае образом.The converter works in the same way.

Пусть в начальном полож схема измерени  находитс  При вращении клинообразног электрода 11, св зываемого с трол  (не показан), например вой стрелки, угол oCi увеличи oCj, уменьшаетс . Соответствен сопротивление Xci возрастает, уменьшаетс . По сигналу дете новеси  обеспечиваетс  ком ков, регулируемой обмотки 21 станавливаетс  равновесие мо измерени . По количеству вкл ков обмотки 21 определ ют мещение электрода 11, соотве лу oti.Let the measurement circuit be in the initial position. When rotating, the wedge-shaped electrode 11 connected to a trol (not shown), for example, the arrow, the angle oCi increase oCj, decreases. Accordingly, Xci resistance increases, decreases. Upon a signal, the child is provided with a cloak; the adjustable winding 21 is set to balance its measurements. The number of inclusions of the winding 21 determines the placement of the electrode 11, corresponding to oti.

Согласно теореме Гаусса According to the Gauss theorem

C.lC.l

oLloLl

ренних поверхностей 7 и 8 электродов 1 противлени  X ct и Х равны и 2, и расположена на одинаковом от них рассто нии. Электроды 1 и 2 экранированы снаружи путем, например, металлизации поверхности несущих пластин 3 и 4 и формировани  на них экранов 9 и 10.The surfaces 7 and 8 of the electrodes 1 of the resistance X ct and X are equal and 2, and are located at the same distance from them. The electrodes 1 and 2 are shielded from the outside by, for example, metallizing the surface of the carrier plates 3 and 4 and forming screens 9 and 10 on them.

шГВ- 6Г обеShGV-6G both

30thirty

X X

гujte- n gujte- n

где ш - кругова  частота напр жени where w is the circular frequency of the voltage

питани  схемы измерени ; -диэлектрическа  проницаемостьpower measurement circuit; - dielectric constant

межэлектродной среды; В - ширина активной поверхностиinterelectrode environment; B - the width of the active surface

электродов датчика;sensor electrodes;

гН и гЬ - рассто ние до наружного и внутреннего краев активных поверхностей электрода 1 датчика . Условие равновеси  мостовой схемы изМежду неподвижными электродами 1 и 2 установлен с возможностью углового перемещени  относительно общей оси 5 вращени , третий электрод 11, выполненный в виде клина с двум  провод щими активными , поверхност ми 12 и 13, лини  пересечени  продолжени  плоскостей которых совмещена с центральной линией 6 этой оси. Активные поверхности 12 и 13 клинообразного подвижного электрода 11 окружены охранными электродами 14-17, соединенными с земл ной 40 мерени  определ етс  соотношением шиной, и электрически св заны между собой перемычкой 18, подключенной к входу детектора 19 равновеси  мостовой схемы измерени  емкостного сопротивлени  датчика угла.rH and rH is the distance to the outer and inner edges of the active surfaces of the electrode 1 of the sensor. The equilibrium condition of the bridge circuit with between fixed electrodes 1 and 2 is installed with the possibility of angular movement relative to the common axis of rotation 5, the third electrode 11, made in the form of a wedge with two conductive active surfaces 12 and 13, the line of intersection of the continuation of the planes of which is aligned with the central line 6 of this axis. The active surfaces 12 and 13 of the wedge-shaped movable electrode 11 are surrounded by guard electrodes 14-17 connected to ground 40, determined by the tire ratio, and electrically interconnected by a jumper 18 connected to the input of the detector 19 of the equilibrium bridge sensor measuring the capacitance of the angle sensor.

Два плеча этой схемы образованы двум  вторичными обмотками 20 и 21 питающего трансформатора 22, перва  из которых выполнена с неизменным, а вто(за  - с регулируемым числом витков. Выводы первой обмотки 20 трансформатора подключе- JJQ ны к неподвижным электродам 1 и 2 емкостного датчика угла, причем один из этих выводов подключен также и к регулируемому отводу второй вторичной обмотки 21 питающего трансформатора, к которомуThe two arms of this circuit are formed by two secondary windings 20 and 21 of the supply transformer 22, the first of which is made with the same and second (with an adjustable number of turns. The outputs of the first winding 20 of the transformer are connected to fixed electrodes 1 and 2 of the capacitive angle sensor one of these leads is also connected to the regulated tap of the second secondary winding 21 of the supply transformer, to which

(3)(3)

4545

Хс, Па г пго - п гHs, Pa g pgo - p g

гдепгд-количество включенных витков регулируемой вторичной обмотки 21, питающего трансформатор 23; - общее количество витков обмотки 20 этого трансформатора. Согласно равенствам (1)-(3) измер емый угол оС поворота определ етс  соотношениемgdepgd-the number of included turns of the adjustable secondary winding 21, supplying the transformer 23; - the total number of turns of the winding 20 of this transformer. According to equalities (1) - (3), the measured angle of rotation ОС is determined by the relation

, ctj-f-oti, ctj-f-oti

П у . Nth

tl20 tl20

(4)(four)

Так как дл  данной конструкции oij.-f о(.г const, то угол ot-i, как это следует из раприсоединен также детектор 19 равновеси  55 венства (4),  вл етс  однозначной и линей- мостовой схемы, управл юший коммутациейной функцией количества включенных витков 21 регулируемой вторичной обмотки питающего трансформатора.Since for this construction oij.-f о (.г const, the angle ot-i, as it follows from the detector 19 of equilibrium 55 (4), is also unambiguous, and the linear circuit that controls the switching function included turns 21 adjustable secondary winding of the supply transformer.

витков регулируемой обмотки 21. Направление намотки обмотки 21 встречно направлеturns of the adjustable winding 21. The direction of the winding of the winding 21 opposite direction

нию намотки обмотки 20, благодами чему обеспечиваетс  их встречно последовательное соединение. Два других плеча мостовой схемы измерени  образованы емкост ми Ci и Сг между активными провод щими поверхност ми электродов 1,11 и 2,11 соответственно , величины которых определ ютс  углами oCi. и oCj, между этими электродами.winding of the winding 20, due to which they are provided with a counter-consistent connection. The two other arms of the measurement bridge circuit are formed by capacitors Ci and Cg between the active conductive surfaces of the electrodes 1.11 and 2.11, respectively, whose values are determined by the angles oCi. and oCj, between these electrodes.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

Пусть в начальном положении мостова  схема измерени  находитс  в равновесии. При вращении клинообразного подвижного электрода 11, св зываемого с объектом контрол  (не показан), например, против часовой стрелки, угол oCi увеличиваетс , а угол oCj, уменьшаетс . Соответственно емкостное сопротивление Xci возрастает, емкостное Xcj уменьшаетс . По сигналу детектора 19 равновеси  обеспечиваетс  коммутаци  витков , регулируемой обмотки 21, так что восстанавливаетс  равновесие мостовой схемы измерени . По количеству включенных витков обмотки 21 определ ют угловое перемещение электрода 11, соответствующее углу oti.Suppose that in the initial position the bridge circuit is in equilibrium. When the wedge-shaped moving electrode 11 connected to the control object (not shown) is rotated, for example, counterclockwise, the angle oCi increases, and the angle oCj decreases. Accordingly, the capacitance Xci increases, the capacitance Xcj decreases. The signal from the equilibrium detector 19 provides for the switching of the turns of the adjustable winding 21, so that the equilibrium of the bridge measurement circuit is restored. The number of turns of the winding 21 turned on determines the angular displacement of the electrode 11, corresponding to the angle oti.

Согласно теореме Гаусса емкостные сопротивлени  X ct и Х равны According to the Gauss theorem, the capacitances X ct and X are equal

C.lC.l

oLloLl

противлени  X ct и Х равны opposition X ct and X are equal

шГВ- 6Г обеShGV-6G both

(1) (2)(12)

X X

гujte- n gujte- n

где ш - кругова  частота напр жени where w is the circular frequency of the voltage

питани  схемы измерени ; -диэлектрическа  проницаемостьpower measurement circuit; - dielectric constant

межэлектродной среды; В - ширина активной поверхностиinterelectrode environment; B - the width of the active surface

электродов датчика;sensor electrodes;

гН и гЬ - рассто ние до наружного и внутреннего краев активных поверхностей электрода 1 датчика . Условие равновеси  мостовой схемы из мерени  определ етс  соотношением rH and rH is the distance to the outer and inner edges of the active surfaces of the electrode 1 of the sensor. The equilibrium condition of the bridge metering circuit is determined by the ratio

мерени  определ етс  соотношением the measurement is determined by the ratio

(3)(3)

Хс, Па г пго - п гHs, Pa g pgo - p g

гдепгд-количество включенных витков регулируемой вторичной обмотки 21, питающего трансформатор 23; - общее количество витков обмотки 20 этого трансформатора. Согласно равенствам (1)-(3) измер емый угол оС поворота определ етс  соотношениемgdepgd-the number of included turns of the adjustable secondary winding 21, supplying the transformer 23; - the total number of turns of the winding 20 of this transformer. According to equalities (1) - (3), the measured angle of rotation ОС is determined by the relation

, ctj-f-oti, ctj-f-oti

П у . Nth

tl20 tl20

(4)(four)

Преимуществом емкостного преобразовател  угловых перемещений предлагаемой конструкции  вл етс  повыщенна  точность измерени  и независимость показаний от дестабилизирующих факторов, так как согласно приведенной функции (4) преобразовани  измер емый угол зависит лишь от трех достаточно стабильных величин: чисел витков двух обмоток и заданного угла установки двух неподвижных электродов, который может быть определен с высокой точностью . При обеспечении тесной индуктивной св зи между обеими вторичными обмотками питающего трансформатора, вход щего в мостовую измерительную цепь, отношение их витков и снимаемых с них напр жений , выполн етс  с точностью до 0,001-0,002%. Ввиду этого точность и временна  стабильность предлагаемого емкостного преобразовател  повышаетс  по сравнению с известными в 3-5 раз.The advantage of the capacitive angular displacement transducer of the proposed design is the increased measurement accuracy and independence of the readings from destabilizing factors, because according to the reduced conversion function (4), the measured angle depends on only three sufficiently stable values: the number of turns of the two fixed electrodes which can be determined with high accuracy. By providing close inductive coupling between the two secondary windings of the supply transformer entering the bridge measuring circuit, the ratio of their turns and the voltages taken from them is performed with an accuracy of 0.001-0.002%. In view of this, the accuracy and temporal stability of the proposed capacitive transducer is increased in comparison with the known ones by a factor of 3-5.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Емкостной преобразователь угловых перемещений с переменным зазором, содержащий емкостный датчик угла с двум  плоскими экранированными снаружи электродами , установленными под углом один к другому и имеющими общую ось вращени .A capacitive angular displacement transducer with a variable gap, which contains a capacitive angle sensor with two shielded flat electrodes on the outside, installed at an angle to one another and having a common axis of rotation. центральна  лини  которой совмещена с линией пересечени  плоскостей,  вл ющихс  продолжением активных внутренних поверхностей электродов, и расположена на одинаковом от них рассто нии, и мостовую, схему измерени  емкостного сопротивлени  датчика, включающую в себ  питающий трансформатор с двум  вторичными об.мот- ками, перва  из которых выполнена с неизменным , а втора  - с регулируемым числомthe central line of which is aligned with the line of intersection of the planes, which are a continuation of the active internal surfaces of the electrodes, and is located at the same distance from them, and the bridge circuit for measuring the capacitance resistance of the sensor, which includes a supply transformer with two secondary windings, is first of which are made with the same, and the second - with an adjustable number 0 витков, и подключенный к выводу второй обмотки детектор равновеси  мостовой схемы , отличающийс  тем, что, с целью повы- щени  точности преобразовани , он снабжен третьим электродом, установленным с возможностью углового перемещени  отно сительно общей оси вращени  и выполненным в виде клина-с двум  провод щими активными поверхност ми, лини  пересечени  продолжени  плоскостей которых совмещена с центральной линией этой оси, первые0 turns, and an equilibrium detector of a bridge circuit connected to the output of the second winding, characterized in that, in order to increase the conversion accuracy, it is equipped with a third electrode installed with the possibility of angular movement relative to a common axis of rotation and made in the form of a wedge-two conductive active surfaces whose continuation lines of planes are aligned with the center line of this axis, the first 0 два электрода закреплены неподвижно и подключены к выводам первой вторичной обмотки, один из которых присоединен также к регулируемому отводу второй вторичной обмотки, выполненной с встречным направлением намотки, а обе провод щие0 two electrodes are fixed and connected to the terminals of the first secondary winding, one of which is also connected to an adjustable tap of the second secondary winding, made with the opposite winding direction, and both conducting 5 активные поверхности третьего электрода электрически соединены и подключены к входу детектора равновеси .5, the active surfaces of the third electrode are electrically connected and connected to the input of the equilibrium detector. 2222 Редактор М. Бланар Заказ 4223/40Editor M. Blanar Order 4223/40 Составитель С. СкрипникCompiled by S. Skrypnyk Техред И. ВересКорректор Г. РешетникTehred I. VeresKorrektor G. Reshetnik Тираж 670ПодиисноеCirculation 670 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
SU853853712A 1985-02-11 1985-02-11 Capacitive transducer of angular shifts with variable gap SU1249319A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU853853712A SU1249319A1 (en) 1985-02-11 1985-02-11 Capacitive transducer of angular shifts with variable gap

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU853853712A SU1249319A1 (en) 1985-02-11 1985-02-11 Capacitive transducer of angular shifts with variable gap

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1249319A1 true SU1249319A1 (en) 1986-08-07

Family

ID=21162152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU853853712A SU1249319A1 (en) 1985-02-11 1985-02-11 Capacitive transducer of angular shifts with variable gap

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1249319A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Гриневич Ф. Б. и др. Трансформаторные измерительные мосты. - М.: Энерги , 1970, с. 280. Авторское свидетельство СССР № 1185069, кл. G 01 В 7/30, 1984. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0023732B1 (en) Capacitive gauge
US5598153A (en) Capacitive angular displacement transducer
KR910006670B1 (en) Untouching type pattern sensor improved
US3805150A (en) Environment immune high precision capacitive gauging system
US3784897A (en) Capacitor transducer
US20040085079A1 (en) Capacitive angular position sensor
US3706919A (en) Capacitive gauge
GB1523943A (en) Transducer
JPH0535801B2 (en)
PL126453B1 (en) Material level sensing element for liquids and electrically conductive pourable solid materials
US4633249A (en) Displacement detector utilizing change of capacitance
GB2118720A (en) Capacitive position transducers
SU1249319A1 (en) Capacitive transducer of angular shifts with variable gap
US20130162272A1 (en) Incremental capacitive angular displacement transducer
JPH0672901B2 (en) Capacitance-voltage conversion circuit
SU1252653A1 (en) Capacitive displacement meter
RU2750131C1 (en) Capacitive motion sensor
RU1838755C (en) Angular displacement differential capacitive converter
SU836515A1 (en) Capacitive sensor
SU1578448A1 (en) Method of measuring displacements
SU1188523A1 (en) Variable-capacitance displacement transducer
RU2005999C1 (en) Device for measurement of level of liquid
SU1796880A1 (en) Capacitance differential displacement transducer
SU1226015A1 (en) Differential variable-capacitance linear displacement transducer
RU1803718C (en) Capacitive displacement transducer