SU1323850A1 - Angular displacement differential transducer - Google Patents

Angular displacement differential transducer Download PDF

Info

Publication number
SU1323850A1
SU1323850A1 SU864072145A SU4072145A SU1323850A1 SU 1323850 A1 SU1323850 A1 SU 1323850A1 SU 864072145 A SU864072145 A SU 864072145A SU 4072145 A SU4072145 A SU 4072145A SU 1323850 A1 SU1323850 A1 SU 1323850A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrode
movable electrode
stationary electrodes
electrodes
sector
Prior art date
Application number
SU864072145A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Феодосий Борисович Гриневич
Юрий Викторович Кисляковский
Николай Александрович Фещенко
Павел Иванович Борщев
Ростислав Станиславович Лежоев
Владимир Евгеньевич Авдеев
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 SU864072145A priority Critical patent/SU1323850A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1323850A1 publication Critical patent/SU1323850A1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и имеет целью расширение диапазона измерений при сохранении линейности и однозначности функции преобразовани  дифференциального емкостного датчика угловых перемещений , ПОДВИЖНЕЙ электрод 1 которого выполнен в форме остроугольного сектора , а неподвижные электроды 2. и 3 ограничены изнутри окружностью с центром , лежащим на оси 6 вращени  по- движного электрода. Неподвижные электроды отделены один от другого изол ционным промежутком в виде плоской спирали 7, концы которой лежат соответственно на внутренней 4 и внешней 5 окружност х, ограничивающих неподвижные электроды, и участком 10 в виде отрезка, соедин ющего концы 8 и 9 этой спирали, лежащие на одной пр мой с центром указанных окружностей . При вращении подвижного электрода 1 вокруг оси 6, перпендикул рной его плоскости, происходит изменение площади взаимного перекрыти  этого электрода и неподвижных электродов 2 и 3. Благодар  спиралевидной форме изол ционного промежутка между неподвижными электродами 2 и 3, описьшае- мой соответствующим математическим выражением, происходит однозначное линейное изменение частичных емкостей между ними и подвижным электродом датчика. 1 з.П. ф-лы. 2 ил. с S (Л со ю со 00 елThe invention relates to a measurement technique and aims to expand the measurement range while maintaining the linearity and uniqueness of the conversion function of a differential capacitive angular displacement sensor, the MOBILE electrode 1 of which is made in the shape of an acute sector, and the fixed electrodes 2. and 3 are bounded from the inside by a circle with an axis 6 rotation of the movable electrode. The stationary electrodes are separated from each other by an insulating gap in the form of a flat spiral 7, the ends of which lie on the inner 4 and outer 5 circles, bounding the stationary electrodes, and section 10 in the form of a segment connecting the ends 8 and 9 of this spiral, respectively. one straight with the center of the indicated circles. When rotating movable electrode 1 around axis 6, perpendicular to its plane, there is a change in the area of mutual overlap of this electrode and stationary electrodes 2 and 3. Thanks to the spiral form of the insulating gap between stationary electrodes 2 and 3, described by the corresponding mathematical expression, there is an unambiguous linear variation of the partial capacitances between them and the movable electrode of the sensor. 1 z.P. f-ly. 2 Il. with S (L with y with 00 ate

Description

1313

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при измерении угловьк перемещений, например, рабочих органов роботов или станков-автоматов в диапазоне от О до 360.The invention relates to a measuring technique and can be used when measuring angular movements, for example, the working bodies of robots or automatic machines in the range from 0 to 360.

Цель изобретени  - расширение диапазона измерени  при сохранении линейности функции преобразовани  за счет соответствующего профилировани  электродов емкостного датчика.The purpose of the invention is to expand the measurement range while maintaining the linearity of the conversion function by appropriately profiling the electrodes of the capacitive sensor.

На фиг. 1 изображен дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений , продольное сечение; на фиг. 2 - то же, вид сверху.FIG. 1 shows a differential capacitive angular displacement sensor, a longitudinal section; in fig. 2 - the same, top view.

Дифференциальньв емкостный датчик угловых перемещений содержит плоский подвршньй электрод 1, имеющий форму сектора круга с острым углом при вершине , и два неподвижных электрода 2 и 3, расположенных в плоскости, параллельной плоскости подвижного электрода .The differential capacitive angular displacement sensor contains a flat podvrshny electrode 1, having the shape of a sector of a circle with an acute angle at the apex, and two stationary electrodes 2 and 3, located in a plane parallel to the plane of the moving electrode.

Неподвижные электроды 2 и 3 ограничены изнутри и снаружи окружност ми .4 и 5 с центром, лежащим на .оси 6 вращени  подвижного электрода, перпендикул рной его плоскости и проход щей через вершину сектора. Изол  The stationary electrodes 2 and 3 are bounded from inside and outside by circles .4 and 5 with a center lying on the axis 6 of rotation of the movable electrode, perpendicular to its plane and passing through the sector apex. Isol

функции преобразовани  нарушаетс  только в случае, когда подвижныйthe conversion function is violated only in the case where the mobile

циопный промежуток, отдел ющий непо- электрод находитс  над пр молинейнымthe cyop gap separating the non-electrode is above the linear

движные электроды 2 и 3 .один от другого , выполнен в виде плоской спирали 7, концы 8 и. 9 которой лежат соответственно на внутренней А и внешней 5 окружностж, ограничивающих неподвижные электроды, и имеет пр мо линейный участок 10 в виде отрезка, соедин ющего концы 8 и 9 спирали 7.moving electrodes 2 and 3. one from the other, made in the form of a flat spiral 7, the ends 8 and. 9 which lie on the inner A and outer 5 circumference, bounding the stationary electrodes, respectively, and has a straight line section 10 in the form of a segment connecting the ends 8 and 9 of the helix 7.

Дл  получени  линейной функции преобразовани  необходимо, чтобы радиус R плоской спирали, раздел ющей неподвижные электроды 2 и 3, описывалс , например, следующим математическим выражениемTo obtain a linear transformation function, it is necessary that the radius R of a flat helix separating stationary electrodes 2 and 3 be described, for example, by the following mathematical expression

35 35

4040

участком 10, раздел ющим неподвижные электроды 2 и 3. Поэтому диапазон измер емых при помощи предлагаемого датчика перемещений равен (),, где Cf- угол при вершине сектора подвижного электрода 1, который реаль-- но может составл ть 300-350 .section 10 separating stationary electrodes 2 and 3. Therefore, the range of displacements measured by the proposed sensor is (), where Cf is the angle at the apex of the sector of movable electrode 1, which can actually be 300-350.

При включении емкостного датчика в схему измерени , например мос-Говую или компенсаи юнно-мостовую измерительную цепь, реализующую одну из следующих функций Р- преобразовани , где ,2,3: -С.When a capacitive sensor is turned on in a measurement circuit, for example, a Mos-Gu or compensated-bridge measuring circuit that implements one of the following P-conversion functions, where, 2,3: -C.

ЛL

Ron-VR 4R|-R,)ff,Ron-VR 4R | -R,) ff,

(1)(one)

где R и R - радиусы соответственно внутренней и внешней окружностей, ограничивающих неподвижные электроды;where R and R are the radii of the inner and outer circles, respectively, bounding the stationary electrodes;

|3 углова  координата точки спирали, в которой определ етс  ее радиус,| 3 the angular coordinate of the point of the spiral, in which its radius is determined,

5050

р -..1.....p - .. 1 .....

,,., ,,.,

рз с;:7с-;.7ps with;: 7s - ;. 7

получают линейную зависимость выходного сигнала от измер емого углового перемещени , инвариантную к значениюthe linear dependence of the output signal on the measured angular displacement is obtained, invariant to the value

измен юща с  в диапазо- 55 Диэлектрической проницаемости среды, не от О до 2.зазору между электродами и температурДифферен ц 1альный емкостный датчик ным изменени м их активной площади, угловых перемещений работает следую- Использование предлагаемого диффе щим образом..ренщ1ального емкостного датчика (поvarying in the range of the 55 dielectric constant of the medium, not from O to 2. The gap between the electrodes and the temperature. Differential capacitive sensors change the active area, the angular displacements work as follows. The use of the proposed differential sensor ...

При изменении углового положени  с подвижного электрода 1, вращающегос  относительно своей вершины в плоскости ., параллельной плоскости неподвижных электродов 2 и 3, происходит изменение площади их взаимного перекрыти . Так как неподвижные электроды ограничены концентрическими окружност ми , центр которых лежит на оси вращени  подвижного электрода, то сум- ма активных площадей неподвижных электродов и сумма частичных емкостей - Зч между соответствующими электродами датчика сохран ет свае значение независимо от углового положени  0 подвижного электрода 1. Перемещение подвижного электрода 1 благодар  спиралевидной форме границы раздела между неподвижными электродами 2 и 3 приводит к однозначному увеличению одной частичной емкости за счет уменьшени  другой, что определ ет дифференциальный закон изменени  частичных емкостей в датчике с переменной активной площадью электродов . Монотонность изменени  частичных емкостей, а следовательно, иWhen the angular position changes from the moving electrode 1, which rotates relative to its top in a plane parallel to the plane of the fixed electrodes 2 and 3, the area of their mutual overlap changes. Since the stationary electrodes are limited by concentric circles whose center lies on the axis of rotation of the movable electrode, the sum of active areas of the stationary electrodes and the sum of partial capacitances, Zch between the respective electrodes of the sensor, keeps the pile value regardless of the angular position 0 of the movable electrode 1. due to the spiral-shaped interface between the stationary electrodes 2 and 3, leads to an unambiguous increase in one partial capacitance due to a decrease in the other, which determines the differential law varying partial capacitances in the sensor with variable active electrode area. The monotonic change in the partial capacitances, and hence the

функции преобразовани  нарушаетс  только в случае, когда подвижныйthe conversion function is violated only in the case where the mobile

3535

4040

4545

участком 10, раздел ющим неподвижные электроды 2 и 3. Поэтому диапазон измер емых при помощи предлагаемого датчика перемещений равен (),, где Cf- угол при вершине сектора подвижного электрода 1, который реаль-- но может составл ть 300-350 .section 10 separating stationary electrodes 2 and 3. Therefore, the range of displacements measured by the proposed sensor is (), where Cf is the angle at the apex of the sector of movable electrode 1, which can actually be 300-350.

При включении емкостного датчика в схему измерени , например мос-Говую или компенсаи юнно-мостовую измерительную цепь, реализующую одну из следующих функций Р- преобразовани , где ,2,3: -С.When a capacitive sensor is turned on in a measurement circuit, for example, a Mos-Gu or compensated-bridge measuring circuit that implements one of the following P-conversion functions, where, 2,3: -C.

5050

1-1 1-1

р -..1.....p - .. 1 .....

,,., ,,.,

рз с;:7с-;.7ps with;: 7s - ;. 7

получают линейную зависимость выходного сигнала от измер емого углового перемещени , инвариантную к значениюthe linear dependence of the output signal on the measured angular displacement is obtained, invariant to the value

сравнению с известными) позволит почти вдвое расширить диапазон измер емых угловых перемещений при сохранении линейности характеристики преобразовани .in comparison with the known ones, it will almost double the range of measured angular displacements while maintaining the linearity of the conversion characteristic.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula 1, Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений, содержащий плоский подвижный электрод, имеющий форму сектора круга и установленный с возможностью вращени  вокруг оси, перпегадикул рной плоскости этого электрода и проход щей через вершину сектора, два неподвижных электрода, расположенных в плоскости, параллельной плоскости подвижного электрода, и ограниченных снаружи окружностью .с центром, лежащим на оси вращени  подвижного электрода, о т л И ч а ю- щ и и с   тем, что, с целью расщи- рени  диапазона измерени , подвижный электрод вьшолнен с острым углом при вершине сектора, а неподвижные элект роды ограничены изнутри окружностью с центром, лежащим на оси вращени 1, Differential capacitive angular displacement sensor comprising a flat movable electrode having the shape of a sector of a circle and mounted rotatably around an axis perpendicular to the plane of this electrode and passing through the apex of the sector, two fixed electrodes located in a plane parallel to the plane of the moving electrode, and bounded outside by a circle with a center lying on the axis of rotation of the movable electrode is about the fact that, in order to expand the measuring range, the movable electrode It is made with a sharp angle at the top of the sector, and fixed electrodes are bounded internally by a circle with a center lying on the axis of rotation Составитель С.Скрьшник Редактор А.Ревин Техред Л.Олийнык, Корректор С.ШекмарCompiled by S. Scrushnik Editor A. Revin Tekhred L. Oliynyk, Proofreader S. Shekmar Заказ 2953/43 Тираж 677ПодписноеOrder 2953/43 Circulation 677 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий t13035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries t13035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, Projecto st., 4 подвижного электрода, и отделены один от другого изол ционными промежутками в виде плоской спирали, концы которой лежат на внутренней и внешней окружност х, ограничивающих неподвижные электроды, и пр молинейного отрезка , соедин ющего концы этой спирали , которые расположены на одной пр мой с центром окружностей.moving electrode, and separated from each other by insulating gaps in the form of a flat helix, the ends of which lie on the inner and outer circumferences bounding the stationary electrodes, and a straight line connecting the ends of this helix, which are located on the same straight line with the center of the circles . /О 0 / O 0 2. Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повьш1е- ни  линейности характеристики преобразовани , радиус Rtn плоской спира- 5 ли определ етс  вьфажением2. The sensor according to claim 1, characterized in that, in order to increase the linearity of the conversion characteristic, the radius Rtn of the flat helix 5 is determined by the extrusion /О 20 / O 20 RR onon 1/R2 +1 / R2 + /3/ 3 (( где R и Rj Л 25where R and Rj L 25 2n радиусы внутренней и внешней окружностей, ограничивающих неподвижные электроды; углова  координата точки спирали, в которой определ етс  ее радиус, измен юща с  в диапазоне от О до 27.the radii of the inner and outer circumferences bounding the stationary electrodes; the angular coordinate of the point of the helix at which its radius is determined, varying from 0 to 27. ГR фие.1FI.1
SU864072145A 1986-03-05 1986-03-05 Angular displacement differential transducer SU1323850A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864072145A SU1323850A1 (en) 1986-03-05 1986-03-05 Angular displacement differential transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864072145A SU1323850A1 (en) 1986-03-05 1986-03-05 Angular displacement differential transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1323850A1 true SU1323850A1 (en) 1987-07-15

Family

ID=21239416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU864072145A SU1323850A1 (en) 1986-03-05 1986-03-05 Angular displacement differential transducer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1323850A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4228719A1 (en) * 1992-08-28 1994-03-03 Schaeffler Waelzlager Kg Capacitive steering angle sensor for motor vehicle - forms first capacitor group from electronics transmitter electrodes and scale receiver electrodes, and second capacitor group from scale transmitter electrodes and electronics receiver electrodes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ацюковский В.А. Емкостные преоб- разователи перемещений. К. - Л.: Энерги , 1966, с. 280. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4228719A1 (en) * 1992-08-28 1994-03-03 Schaeffler Waelzlager Kg Capacitive steering angle sensor for motor vehicle - forms first capacitor group from electronics transmitter electrodes and scale receiver electrodes, and second capacitor group from scale transmitter electrodes and electronics receiver electrodes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU593674A3 (en) Pressure pickup
US4092579A (en) Brushless printed circuit resolver
US5461319A (en) Symmetric differential capacitance transducer employing cross coupled conductive plates to form equipotential pairs
US3729991A (en) Capacitive displacement transducer
GB1480269A (en) Transducer for a displacement indicating device
US6772087B2 (en) Absolute position measuring device
US3487402A (en) Digital capacitance motion transducer
SU1323850A1 (en) Angular displacement differential transducer
EP0068604A2 (en) Improvements in transducers
WO2000005547A1 (en) Capacitive digital caliper
US5445031A (en) Pressure-measuring arrangement with high linearity
US4439725A (en) Microdisplacement detector
CN209432321U (en) A kind of capacitor torque sensor
CN109708791B (en) Capacitive torque sensor and torque measuring method thereof
RU1838755C (en) Angular displacement differential capacitive converter
RU173573U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
SU1610245A1 (en) Capacitive differential transducer of angular displacements
US4238782A (en) Device for measuring the amount of movement of a moving object
SU1796880A1 (en) Capacitance differential displacement transducer
SU1232932A1 (en) Differential variable-capacitance transducer
EP0027801B1 (en) Strip chart recorder with a differential capacitor serving as position sensor in a position servo for the recording pen
SU754199A1 (en) Capacity-type displacement transducer
SU1596210A2 (en) Capacitive pickup for angular displacements
CN114894365B (en) Six-dimensional force sensor
SU669237A1 (en) Pressure transducer