Емкостный датчик расстояния до проводящей поверхности

/14 Гееумретеееее комитет СССР ав аееем кэоеретеекй и етерытийликован ата опубликования описания 07.03 83 Р. Е. Тайманов, Б. В. Фролов.Багреев и .ф. Сйавкорат.: 72) Авторы изобретени аявитель НИЯ ДО ПРОВОДЯЩ ДАТЧИК РАС ПОВЕРХНООСТНЬ Изобретение относится к.контрольно-измерительной технике и может быть использовано уя измерения малых зазоров, например, при перемещении одной проводящей поверхности относительно другой в условиях, когда тем. пература, влажность, давление, состав парогазовой или жидкостной среды в зазоре существенно изменяются.По основному авт. св. У 922498 известен емкостный датчик расстояния до проводящей1 О поверхности, содержащий электроизолнрованные один от друтого измерительные электроды - основной и смещенный относительно него на з; заданное расстояние второй электрод. Основной электрод размещен на оси датчика, а смещен 15 ный выполнен охватывающим основной электрод и симметричным относительно той же оси, Датчик может содержать несколько смещенных в направлении рабочего перемещения на заданные расстояния измерительных электро- о дов, ббразующих ступенчатую поверхность датчика. Основной электрод может быль выполнен в виде круглого нли усеченного по бокам диска, а смещенные электроды - в виде "ко 2лец или электрически соединенных между со. бой сегментных участков. Контролируемая проводящая поверхность выполняет функции общего заземленного электрода емкостного датчика. Датчик может быть снабжен одним нли двумя охранными электродами 111,Недостатком этого датчика является ступен чатый рельеф его измерительной поверхности, что затрудняет изготовление его электродов при использовании известных технологических методов, например тонкопленочной нли толстопленочной технологии, гальванического осаждения, травления и т.п, так как требует достаточно сложной, многооперационной технологии их изготовления. Кроме того, наличие в измерительной поверхности утлублений с крутыми скатами приводит к нарушению ламинар. ности потока газа, жидкости или пара в контролируемом зазоре, к накоплению загрязнений в виде частиц масла, пыли и т.п. на поверх. ности измерительных электродов. В результате этого поверхности электродов неодинаково подвергаются коррозии, на них с различной интенсивностью оседают загрязнения и соли,К К а Ьа.) ц)СФ Ек к(дфаЪ.) 2 ФС 2 юЕ 6 3 1 ОО 281вследствие чего в течение времени растет по.грешность, связанная с изменением емкости датчика и тангенса угла, диэлектрических потерь,а также появляется погрешность, обусловленная изменением эквивалентного значения заданного смещения электродов, определяющеготочность датчика.Для учета этой погрешности необходимо чаще градуировать датчик, что затруднительнои дорого, поскольку связано с остановкой 10и демонтажом агрегатов, внутри которых уста-навливается датчик. Указанный дрейф метро 1логических характеристик датчика и его чувствительности к загрязнениям, коррозии снижаютего метрологическую надежность. 15Цель изобретения - повышение помехозащищенности и упрощение конструкции датчика.Указанная цель достигается тем, что измерительные электроды датчика размещены наобщей поверхности электроизолирующего ос.нования, радиус кривизны которой отличаетсяот радиуса кривизны контролируемой поверх.ности.Кроме того, поверхность злектроизолирую.щего основания может быть выполнена сфери. 5ческой или цилиндрической, а поверхностиизмерительных электродов и электроиэолирую.щего основания, обращенные к контролируемойпроводящей поверхности, покрыты изолирующим защитным слоем, радиус кривизны которого отличается от радиуса кривизны электроизолирующего основания,На чертеже схематично представлена конструкция емкостного датчика расстояния допроводящей поверхности.Емкостный датчик расстояния до проводящей поверхности, например поверхности 1вала, вмонтирован в тело проводящей втулки 2, охватывающей вал и отделенной отего поверхности 1 зазором д, Он содержит40основной измерительный электрод 3, выпол.пенный симметричным и размещенный на оси4 датчика на расстоянии ЬО, от поверхностивтулки 2, и охватывающий его второй измерительный электрод 5, размещенный на, расстоянии Ьд, от поверхности втулки 2, т.е.смещенный относительно первого электродана фиксированное заданное расстояние(М, - Ьд,). Оба электрода имеют практи.чески одинаковую толщину и нанесены на общую поверхность электроизолирующего (диэлектрического) основания 6, поверхность7 которого имеет радиус кривизны, отлича.ющийся от радиуса кривизны контролируемойпроводящей поверхности 1 вала на заданноезначение, а также и от радиуса кривизны по 55верхности 8 втулки 2. Благодаря этому краядатчика находятся заподлицо с поверхностью8 втулки. 8 4В зависимости от формы контролируемой поверхности 1 поверхность 7 электроизолирующего основания целесообразно выполнять сфе. рической, если поверхности 1 и 8 плоские, или цилиндрической, если эти поверхности 1 и 8 также цилиндрические (вал и втулка), При последующем нанесении изолирующего защит. ного покрытия (на чертеже не показано) с другим радиусом кривизны возможно, например путем полировки, скорректировать в некоторых пределах эквивалентное значение за. данного смещения (й 1, - Ь 3), добиваясь повторяемости характеристик различных образцов емкостного датчика.Емкостный датчик расстояния до проводящей поверхности работает следующим образом.При включении датчика в измерительную схему на его измерительных электродах 3 и 5 формируются напряжения О, и Озависящие от расстояния между ними и общим электродом, функции которого выполняет кон. тролируемая поверхность 1, т,е. от емкостей С, и С, образованных ими конденсаторов. Эти напряжения равны, соответственно где К - коэффициент пропорциональности;Ш - круговая частот;д - измеряемый зазор между поверхностями вала и втулки 2;Я - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды в зазоре;Я - плошадь электродов.Поскольку значения Ьд, и Ы известны из предварительной градуировки, то измеряемый зазор равен д. -- :-дй0 (Ы 1-ДЙ.),- ой.Из этого выражения следует, что резуль. тат измерения не зависит от диэлектрической проницаемости среды в зазоре, а следовательно от ее изменений, что является, обычно, одним из основных источников погрешности емкостных датчиков, Вследствие этого погрешность измерения данного датчика определяется в основном, лишь погрешностью задания смеще. ния (Й 1, - Й 1 з) между измерительными электродами датчика при незначительной погрешности средств измерения напряжения на его электродах. Величину заданного смешения целесообразно выбирать соизмеримой с мини. мальным из измеряемых расстояний.Благодаря указанному выполнению емкостного датчика, достаточно просто обеспечить5 100281получение заданного смещения его электро.дов беэ изготовления изолирующего основания с поверхностью ступенчатой формы.Вследствие отсутствия углублений с крутыми скатами уменьшается загрязнение углубленных электродов и промежутков междуними и охранными электродами при работе, датчика в потоках пара, газа или жидкости,содержащих частицы масла, соли нли пыли.В результате этого повышается технология, 0его изготовления, так как с помощью одно.ступенчатого процесса . тонкопленочной илитолстопленочной технологии обеспечиваетсянанесение электродов на различных участкахкриволинейной поверхности электроизолирую%щего основания с последующим нанесениемна них защитного покрытия,Формула изобретения1, Емкостный датчик расстояния до прово.дящей поверхности по авт. св. СССР Яо 922498,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 8 бповышения помехозащищенности и упрощения конструкции, измерительные электроды дат. чика размещены на общей поверхности электр изолирующего основания, радиус кривизны ко. торой отличается от радиуса кривизны контро. лируемой проводящей поверхности,2, Датчик по п, 1, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что поверхность электроизолирующего основания выполнена сферической.3. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю щ и У с я. тем, что поверхность.электроиэолирую. щего основания выполнена цилиндрической.4. Датчик по пп. 1-3, о т л н ч а ющ и й с я тем, что поверхности измеритель ных электродов и электроизолирующего оси вання, обращенные к контролируемой пров дящей поверхности, покрыты изолирующим защитным слоем, радиус кривизны которого отличается от радиуса кривизны электроизо. лирующего основания.Источники информаЮжпринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Нф 922498 кл. 6 01 В 7/08, 1978 (прототип).