SU1578448A1 - Способ измерени перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель - повышение точности и линейности функции преобразовани  перемещений в электрический сигнал при использовании емкостного способа измерени , который заключаетс  в том, что поочередно (на одной частоте) или одновременно (на разных частотах) измер ют частичные емкости между двум  парами перекрестно расположенных электродов, которые установлены в двух параллельных плоскост х с возможностью изменени  площади их взаимного перекрыти , в процессе измерени  попеременно заземл ют каждую из этих пар электродов и по разности измеренных перекрестных частичных емкостей суд т о величине измер емого перемещени . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  точных измерений линейных перемещений с помощью емкостных датчиков.

Цель изобретени  - повышение точности и линейности функции преобразовани  перемещений в электрический сигнал при использовании емкостного способа измерени  перемещений.

На фиг. 1 показана схематично конструкци  емкостного датчика .перемещений, используемого при осуществлении способа; на фиг. 2 - кривые изменени  перекрестных частичных емкостей Си и С24 между электродами емкостного датчика в функции перемещений, а также результирующа  функци  преобразовани  разностной емкости АС в функции перемещени  X при осуществлении данного способа.

Емкостный датчик, который позвол ет осуществить данный способ, содержит две пары плоскопараллелыю установленных электродов 1-2 и 3-4, электроизолированных один от другого в каждой паре и имеющих пр моугольную форму. Пары электродов установлены с возможностью изменени  площади их взаимного перекрыти  в процессе

измерени  перемещений. При этом одна из пар электродов св зываетс  с объектом контрол , а друга  - устанавливаетс  неподвижно . В исходном состо ний границы 5, 6 раздела между электродами каждой пары расположены одна напротив другой.

Способ измерени  перемещений с помощью этого датчика осуществл ют следующим образом. При линейном плоскопараллельном взаимном перемещении пар электродов 1-2 и 3-4 происходит изменение перекрестных частичных емкостей и С24 между перекрестнорасположенными электродами 1, 3 и 2, А разных пар. При этом, увеличение одной емкости происходит одновременно с уменьшением другой и определ етс  следующей математической зависимостью:

(Л

ел

ас

Ј

оо

С„ |-./..

о:

где i, / - пор дковый номер электрода;

е - диэлектрическа  проницаемость среды между электродами;

h - рассто ние между параллельными плоскост ми, в которых расположе- жены электроды;

х - измер емое перемещение, определ ющее площадь взаимного перекрыти  двух электродов, емкость между которыми измер етс ; I - прот женность электродов в направлении , перпендикул рном перемещению .

При значени х зависимость (1) приближаетс  к линейной, при x/h.0 емкость С приближаетс  к нулю, а при x/h-.-5 этой емкостью практически можно пренебречь . В диапазоне -5-Ос/Л 5 зависимость (1) становитс  сугубо нелинейной, что и определ ет погрешность нелинейности известных емкостных датчиков с перекрестными св з ми, функционирующих в зависимости . от изменени  зазора, а также возможную погрешность нелинейности данного датчика в области нул  его характеристики преобразовани  при измерении одной из частичных емкостей, что обусловлены краевыми эффектами на границе раздела электродов, лежащих в общей плоскости (см. фиг. 2, кривые С|з() или Сы(х)). Поскольку перемещение х совпадает по абсолютной величине дл  обеих частичных емкостей, но противоположно по знаку, то разность этих частичных емкостей определ етс  формулой:

AC S13-S24 4- I /п(е х/Л+1)-| /X Xln(e-«x/h+)z-lfr.Л

Таким образом, разность АС линейно св зана с измер емым перемещением х (см. фиг. 2).

В св зи с этим при осуществлении данного способа сначала измер ют при заданном х одну из частичных перекрестных емкостей , например, С|3 при заземлении двух других перекрестно расположенных электродов (2 и 4), после чего измер ют при том же х вторую частичную перекрестную емкость С24 при заземлении первых двух перекрестно расположенных электродов (1 и 3), а затем определ ют разность АС этих емкостей , котора  может быть вычислена автоматически , например, в специальном измерительном блоке.

Возможно также одновременное измерение частичных емкостей, например, на разных частотах.

Функциональна  зависимость разности частичных емкостей от измер емого перемещени  (фиг. 2) оказываетс  принципиально линейной во всем диапазоне изменени 

х вследствие взаимной компенсации нелинейных составл ющих зависимостей С|3 (х) и Си(х). Краевые эффекты вблизи нерабочих границ электродов, параллельных лини м их раздела, могут быть сделаны пренебрежимо малыми. Это достигаетс  тем, что противолежащие перекрестные электроды перекрывают друг друга не менее, чем на 3- 5 значений зазора h.

При этом оказываетс  возможным изме0 р ть весьма малые перемещени  (при значени х х-0) с высокой разрешающей способностью , поскольку относительные изменени  емкости АС строго пропорциональны изменени м X.

Дополнительным преимуществом данного способа измерени  перемещени   вл етс  повышение надежности, которое достигаетс  по сравнению с известным способом, предполагающим применение датчика с переменным зазором между электродами, тем, что

0 случайные превышени  значени  перемещени  х в процессе установки и эксплуатации по сравнению с расчетным диапазоном измерени  не приведут к поломкам и взаимным замыкани м электродов, поскольку при

с измерении частичных емкостей измен ютс  взаимные площади перекрыти  пар перекрестно расположенных электродов, лежащих в параллельных плоскост х.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  перемещений при помощи емкостного датчика, выполненного в виде двух пар плоскопараллельных электроизолированных один от другого в каждой паре электродов пр моугольной формы, заключающийс  в том, что измер ют частичную емкость между какими-либо двум  перекрестно расположенными электродами разных пар при заземлении вторых двух перекрестно расположенных электродов, по зеличине которой суд т о величине перемещени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и линейности функции преобразовани  перемещений, пары электродов устанавливают с возможностью изменени  площади их взаимного перекрыти  и

   дополнительно измер ют частичную емкость между вторыми двум  перекрестно расположенными электродами разных пар при заземлении первых двух перекрестно распо- ложенных электродов, а о величине перемещени  суд т о разности измеренных перекрестных частичных емкостей.

   Фиг. 1

   x/h