SU1783285A1

SU1783285A1 - Емкостный преобразователь перемещений

Info

Publication number: SU1783285A1
Application number: SU904841734A
Authority: SU
Inventors: Anatolij S Levitskij; Aleksandr A Trushko; Aleksandr E Labuzov; Anatolij I Novik; Viktor I Sidorov
Original assignee: Inst Elektrodinamiki
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1992-12-23

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в состабе систем автоматическбго контроля и управления положением объектов сложной многоэлементной конструкции, например, составного зеркала телескопа.

Известны емкостные преобразователи смещения (1), в которых изменение измеряемой величины (линейного перемещения) приводит к дифференциальному изменению зазоров и, как следствие, емкостей двух конденсаторов преобразователя. К недостаткам таких преобразователей можно отнести подверженность их параметров влиянию внешней среды (в частности, температуры), а также возможность проведе ния измерений только по одной координате. Последнее снижает функциональные возможности преобразователей, приводит к необходимости увеличения их количества в составе системы автоматического управления формой сложного объекта, к увеличению весогабаритных параметров объекта и ухудшению динамических характеристик системы.

Наиболее близким данному устройству по технической сущности и достигаемому результату является емкостный преобразователь линейных перемещений (2), содержащий два диэлектрических основания, установленные с возможностью линейного перемещения одного относительно другого,

1783285 А1 размещенные на взаимно обращенных поверхностях оснований одна напротив другой группы пблбсовых электродов, которые разделены между .собой параллельными изоляционными зазорами, и экранирующее 5 металлическое покрытие, нанесенные на участки поверхностей оснований, свободные от электродов. Однако такой преобразователь сохраняет недостаток, связанный с возможностью измерения перемещения 10 только по одной координате-линейной, что сужает его функциональные возможности.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей емкостного преобразователя перемещений 15 путем обеспечения измерения также и угловых смещений.

Поставленная цель достигается тем, что емкостный преобразователь перемещений, содержащий два диэлектрических основа- 20 ния. установленные с возможностью линейного перемещения одного относительно другого, размещенные на взаимно обращенных поверхностях оснований одна напротив другой группы полосовых электродов, кото- 25 рые разделены между собой параллельными изоЛяЦйОй'нымй зазорами, и экранирующее металлическое покрытие, нанесенное на участки поверхностей оснований, свободные от электродов, дополнительно снабжен двумя 30 парами прямоугольных электродов, закрепленных попарно на краях обоих оснований взаймно симметрично относительно групп полосовых электродов, размеры одного из электродов в каждой паре превышают разме- 35 ры второго электрода, полосовые электроды на одном из оснований размещены на расстоянии один от другого, равном по крайней мере их ширине, и электрически соединены между собой, а полосовые электроды на дру- 40 гом основании, количество которых в два раза превышает количество полосовых электродов на первом основании, соединены между собой через один, образуя две группы.

На фиг.1 изображена конструкция емко- 45 стного преобразователя перемещений; на фиг.2 вид пб Стрелке А; на фиг.З - вид по стрелке Б; на фиг.4 - расположение преобразователя на контролируемом объекте.

Емкостный преобразователь перемеще- 50 ний (фиг.1) содержит два диэлектрических основания 1 и 2, на взаимно обращенных друг к другу поверхностях которых размещены полосовые электроды 3-11. разделенные изоляционными зазорами На краях оснований расположены прямоугольные электроды 12-15. Посредством металлизированных отверстий 16 осуществляется соединение электродов со вторичным измерительным преобразователем, а с помощью нанесенных на внешней стороне оснований дорожек 17 - осуществляется их соединение между собой. Остальные участки поверхностей оснований, обращенные друг к другу, выполнены с металлическими экранирующими покрытиями 18, 19. При этом полосовые электроды на одном из оснований расположены на расстоянии один от другого, равном по крайней мере их ширине, и электрически соединены между собой (фиг.2), а полосовые электроды на другом основании, количество которых в два раза превышает количество полосовых электродов на первом основании, соединены между собой через один (фиг.З).

Таким образом, каждая группа из трех полосовых электродов (например, электроды 3, 4, 5) образуют собой дифференциальный конденсатор с переменной активной площадью перекрытия электродов, два емкости которого дифференциально изменяются при линейном взаимном перемещении оснований 1 и 2 преобразователя вдоль оси X. Параллельное включение N таких конденсаторов позволяет в N раз увеличить чувствительность преобразователя по линейному перемещению. Конденсаторы, образованныё прямоугольными электродами 12, 14 и 13, 15 позволяют измерять угол наклона φ между основаниями 1 и 2 (фиг.4).

Емкостный преобразователь работает, следующим образом.

При отсутствии относительного линейного смещения и взаимного наклона оснований 1 и 2 преобразователя, установленного на контролируемом объекте, емкости Ct и С₂между электродами 4-З и 5-3 равны между собой и определяются из упрощенного выражения:

С1 = С₂ = . (1) где £о - Диэлектрическая проницаемость вакуума (8,8544О¹² Ф/м);

£г - относительная диэлектрическая проницаемость среды между электродами:

I - длина полосового электрода (перпендикулярно оси X);

а - ширина полосового электрода (вдоль оси X);

d - расстояние между поверхностями электродов.

Для ёмкостей Сз и С<з между электродами 12-14 и 13-15 в этом случае справедливо выражение:

Сз = С4= £o£rS/d (2) где S - активная площадь перекрытия электродов.

Приведенные выражения справедливы при выполнении нескольких условий, а именно: расстояние d в несколько раз превышает значение изоляционных зазоров между электродами и в несколько раз меньше ширины полосовых электродов и экранирующих участков вокруг них. Кроме того размер высокопотенциальных электродов в конденсаторах Сз и Сд должен быть несколько больше размера низкопотенциальных, определяющих активную площадь перекрытия электродов, чтобы при относительном смещении оснований 1 и 2 преобразователя вдоль оси X значение S не изменялось.

В результате взаимного смещения элементов объекта и, соответственно, оснований 1 и 2 преобразователя емкость Сл увеличивается, а С2^_уменьшается. По-^:

I скольку выходной параметр Pi преобразователя по линейному перемещению пропорционален разности емкостей Ci и Сг, а таких конденсаторов N. то

Pi = АС = N Ео Sr lx/d . (3)

При наличии взаимного угла наклона между основаниями изменяются емкости Сз и Сд. Если ось вращения проходит по середине между основаниями (что упрощает выкладки, но не накладывает строгих ограничений на конструкцию преобразователя при диапазоне измеряемых углов до единиц угловых минут), можно принять, что “^Ci Т+ьр- ⁽⁴⁾ где b - расстояние между серединой основания (осью вращения) и серединой прямоугольного электрода.

Погрешности, вызванные непараллельностью электродов конденсаторов, для указанного диапазона измерения угла наклона пренебрежимо малы, поэтому выходной параметр Р₂ преобразователя по угловому перемещению определяется из выражения:

Q _ Сз Сд Ь ^Р2 СзТСд d ^φ ' ⁽⁵⁾

Таким образом, предложенный емкостный преобразователь перемещений, сохраняя высокие метрологические характеристики прототипа, позволяет измерять как взаимное линейное перемещение двух элементов сложного объекта, так и угол наклона между ними.

Claims

Формула изобретения

Емкостный преобразователь перемещений, содержащий два диэлектрических основания, установленные с возможностью линейного перемещения одного относительно другого, размещенные на взаимно обращенных поверхностях оснований одна напротив другой группы полосовых электродов, которые разделены между собой параллельными изоляционными зазорами, и экранирующее металлическое покрытие, нанесенное на участки поверхностей оснований, свободные от электродов, о т пинающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения также и угловых смещений, он снабжен двумя парами прямоугольных электродов, закрепленных попарно на краях обоих оснований взаимно симметрично относительно групп полосовых электродов, размеры одного из электродов в каждой паре превышают размеры второго электрода, полосовые электроды на одном из оснований размещены на расстоянии один от другого, равном по крайней мере их ширине, и электрически соединены между собой, а полосовые электроды на другом основании, количество которых в два раза превышает количество полосовых электродов на первом основании, соединены между собой через один, образуя две группы.

Фиг. 4 Составитель А.Лабузов Редактор Техред М.Моргентал Корректор 0.Кравцова

Заказ 4505 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород. ул.Гагарина, 101