SU1504493A1 - Емкостный дифференциальный датчик перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель - упрощение конструкций емкостного дифференциального датчика перемещений, последний содержит секционированные потенциальный, токовый и экранирующий электроды, размещенные на обращенных одна к другой поверхност х трех диэлектрических пластин, установленных параллельно одна другой с возможностью линейного или углового перемещени  одной из них относительно двух других, между которых она установлена. Упрощение конструкции датчика при сохранении его точности обеспечиваетс  за счет уменьшени  количества отверстий в диэлектрических пластинах, благодар  выполнению межсекционных электрических соединений токового и потенциального электродов в тех же плоскост х, что и секции соответствующих электродов. Эти соединени  между секци ми токового электрода, объединенными в две группы и расположенными на внутренних поверхност х неподвижных пластин, выполнены в виде двух пар концентрических соединительных проводников разного диаметра, с разных сторон непосредственно примыкающих к соответствующим секци м токового электрода. Соединени  между секци ми потенциального электрода, также объединенными в две группы, которые размещены с противоположных сторон подвижной диэлектрической пластины, выполнены в виде двух пар концентрических проводников другого диаметра, присоединенных к соответствующим секци м через радиальные отводы от углов этих секций. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и позвол ет измер ть перемещени  в различных област х машиностроени  .

Цель изобретени  - упрощение конструкции емкостного дифференциального датчика перемещений при снижении трудоемкости и стоимости его изготовлени  за счет соответствующего выполнени  межсекционных соединений между его электродами.

На фиг. 1 показан схематично емкостный датчик, поперечное сечопие; на фиг, 2 - вид А на фиг. 1 , - лек- троды датчика, предназначенные лп  измерени  угловых перемеикчии ; ил фиг, 3 - вид Б на фиг. 1 при услсп31

но прозрачных диэлектрических пластинах .

Емкостный дифференциальный датчик перемещений содержит электрически соединенные через одну секции 1 и 2 потенциального электрода , которые образуют две группы, размещенные на противоположных плоскопараллельных сторонах диэлектрической пластины 3, установленной с возможностью перемещени  между двум  неподвижными диэлектрическими пластинами 4, на внутренних сторонах которых , обращенных к группам секций 1 и 2 потенциального электрода, расположены секции 5 и б токового электрода , электрически соединенные через одну и также образующие две группы секций. Ширина и рассто ние между секци ми потенциального электрода выполнены равными ширине секций токового электрода и ргшны а . Секционнрова1П1ый экранирующий электрод , соедннеиный с общей точкой прибора, имеет секции 7 с такой же шириной а, как н секции 1,2 потенциального или 5-6 токового электродов , и размещены на нодвижной пластине 3 между секци ми 1 и 2 потенциального электрода о Группы секций

Iи 2 потенциального (или 5-6 токового электродов) смещены одна относительно другой на половга1у ширины их секций, т.е на а/2. В }зар1;;лп е исполнени  (не показан) секции потенциального электрода могут быть размещены на неподвижных пластинах 4,

а секции токового электрода - на подвижной пластине 3. Секции 5-6 токового электрода соединены на пластинах 4 при помощи концентрических соединительных проводников 8,1 8о4, Проводники непосредственно прилегают к соедин емым секци м токового электрода, а их радиусы R, и К„ равны соответственно внешнему

IIвнутреннему радиусам этих секций„ На поверхность пластин 4 за пределами секций 5-6 токового электрода и примыкающих к ним проводников

8.1 - 8.4 нанесено экранирующее покрытие 9.

Секции потенциального электрода на обоих сторонах подвижной пластины 3 соединены при помощи концентрических проводников 10.1 - 10.4. Радиусы Rg проводников 10.1 и 10.3 меньше соответствующих радиусов R

044934

проводников 8.1 и 8„3, а радиусы R проводников 10.2 и 10.4 - больше радиусов R соединительных проводг НИКОВ 8.2 и 8.4 между секци ми 5-6 токового электрода„ Секции 1-2 потенциального электрода присоедин ютс  к соответствующим концентрическим проводникам 10.1 - 10,4 при по10 мощи радиальных отподов 11,1 - 11.4 от углов этих.секцийо Ширина соединительных проводников 8.1 - 8.4 между секци ми токового электрода, а также ширина радиальных отводов

15 11.1 - 11.4 равна д , причем Л ; q .

Емкостный дифференциальный датчик перемещений работает следую1дим образом .

В начальном положении датчика

правый край секции 1 потенциального электрода удален от линии раздела секций токового электрода на 1/4 часть ее ширины. Секци  2 потенциального электрода в этом положении заземлена. При линейном (х) или угловом (оС) переме1цении потешдиально- гр электрода емкость С между секци ми 1 потенциального электрода

и секци ми 5 токового электрода

уменьшаетс , а емкость С между их секци ми 2 и 6 увеличиваетс . Добавочной частью в емкост х С( и С, завис щей от площади взаимного перекрыти  этих электродов,  вл етс  емкость йС, обусловленна  площадью ортогональных проекций радиальных отводов 11.1 и 11.2 на плоскость токового электрода. При реализации в блоке преобразовани  сигналов (не показан) подключаемом к группам секций 5-6 токового электрода,

С - Ci ,

функции, имеющей вид об -2

(где oi - измер емое, например,

угловое перемещение), с учетом указанных добаво шых eMKocTei i Д С получаем следующую зависимость

oL

С а С( 4С Сг + ЛС 2 Ct а С7 .С 2

Так как величина UC мала  и практически неизменна , то она не будет вносить погрешности в результат измерени , поскольку липгь уменьшает

5

крутизну функции преобразовани  дат ч ик а.

Концентрические проводники Ю 10.А на потенциальном электроде не внос т добавок в величину емкости С и Cj, так как они заэкранированы металлизированным экранирующим покрытием 9 о

При достижении секций 1 потенциального электрода положени , когда ее правый край не доходит на 1/4 ширины секции до следующей лини раздела токового электрода секци  1 заземл етс  и аналогичным образом измен етс  емкость между секци ми 2 потенциального электрода и секци ми 6 и 5 токового электрода. Аналогично вышеописанному происходит компенсаци  вли ни  дополнительных емкостей ДС, обусловленных проекцией радикальных отводов 11.3 и 11.4 на плоскость секций токового электрда .

При дальнейшем изменении величины углового перемещени  оС (или линейного перемещени  У ) измерение вновь ведетс  по группе секций 1 потенциального электрода и т.д.

Таким образом, весь диапазон измер емых перемещений, равный 2а, оказываетс  разбитым на четире поддиапазона , внутри каждого из которых измерение осуществл етс  так, что край секции п : тенциального электрода не подходит к краю секции токового электрода ближе, чем на 1/4 часть ее ширины. Поэтому радиальные отводы от секций потенциального эле

трода, расположенные в углах, оказываютс  максимально удаленными от линий раздела токового электрода, что снижает вли ние краевого эффекта на результат измерени .

Благодар  описанному выполнению межсекциониых электрических соединений электродов емкостного датчика устран етс  необходимость выполнени  внешних выводов на обратную сторону (или торцы) диэлектрических пластин от каждой секции потенциального электрода. Внешние выводы делаютс  только от концентрических проводников, соедин ющих эти секции Обычно электроды изготавливаютс  методом напылени  тонких провод пщ пленок на диэлектрические пластины (стекло, керамику, ситалл), Чтобы сделать внешние выводы, необходимо

0

данный диэлектрик просверлить, что трудоемко. Поскотгьку количество секций дл  датчиков тако1-о типа может достигать дес тков и сотен, то соединение секщ1Й при помопц кoнг eнтpи- ческих проводников в плоскости самих секций позвол ет немного уменьпгить количество отверстий дл  выводов, что снижает трудоемкость и стоимость изготовлени  емкостного датчика. Точность измерени  при этом не снижаетс .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Емкостный дифференциальный датчик перемещений, содержащий две неподвижные диэлектрические пластины и установленную в зазоре между ними с возможностью перемещени  вдоль их поверхности третью пластину, размещенные на них секционированные потенциальный , экранируюп ий и токовый электроды, ширина а секций которых одинакова, секции потенциального и

   5 токового электродов размещены на обращенных одна к другой поверхност х диэлектрических пластин и объединены с помощью межсекционных электрических соединений в группы, сме0 щенные одна относительно другой на половину ширины одной секции, а сек- иин экранирующего электрода разметены в промежутках между секци ми потенциального электрода, отличаю- щ и и с   тем, что, с целью упрощени  конструкции при снижении трудоемкости и стоимости его изготовлени , межсекционные электрические соединени  токового и потенциального электродов расположены в тех же плоскост х, что и секции соответствующих электродов, и выполнены в виде двух пар концентрических проводников , примыкающих к секци м токового электрода, и двух пар концентрических проводников, присоединенных к секци м потенциального электрода через радиальные отводы от углов этих секций, ширина концентрических соединительных проводников , примыкающих к секци м токового электрода, а также радиальных отводов от углов секций потенциального электрода выбрана из услови  t, i а , а на участки поверхности диэлектрических пластин за пределами секций токового электрода и концентрических соединительных проводников между ни- ми нанесено экранирующее покрытие.

   5

   0

   5

   0

   5

   Фаг.1 ,f{,

   8.2 /аг

   пг

   8.11 9 /Otf S

   S П

   .J