Емкостный датчик

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расстояния до объекта контроля с высокой точностью, а также в точных весах и манометрах.Цель изобретения - повышение точности и информативности контроля путем компенсации погрешности, вызыва" емой перекосами электродов в емкостных датчиках зазора с плоскопараллель ными электродами, а также путем получения сигналов, информативно связанных с величиной непараллельности (перекоса) электродов датчика.На чертеже схематично показана конструкция емкостного датчика .для измерения расстояния до объекта.Емкостный датчик содержит плоский, например, круговой электрод 1, предназначенный для установки на объекте контроля, а также отделенные от него зазором Ь и размещенные концентрически в общей плоскости центральный круговой электрод 2, изолированные от него и один от другого два кольцевых электрода 3 и 4 и окружающий их внешний заземленный электрод 5, являющийся охранным. Радиус К центрального кругового электрода 2 равен внутреннему радиусу К первого кольцевого электрода 3, внешний радиус Кэ которого в -Г 2 разпревышает его внутренний радиус К. Площадь второго кольцевого электрода 4 равна площади центрального кругового электрода 2.При работе емкостного датчика мерой измеряемого расстояния Ь до объ-екта контроля является разность ча"стичных емкостей С, и С а, представляющих собой соответственно емкость между двумя круговыми электродамии 2 и емкость первого кольцевого электрода 3 относительно первого кругового электрода 1, установленного на объекте контроля.Емкости С , и С, , с учетом непараллельности (перекоса) электродов емкостного датчика определяются следующими выражениями: а1 С,"- К + ---- +, (1) Ев " э К,ядп ф 6 1 г где Я - диэлектрическая проницаемостьсреды между электродами датчика.зазор между электродами 1 и 2;радиус центрального кругового электрода 2угол относительного перекоса электродов 1 и 2,Фэ г (К-К,)я 1 п а К-К+ - ------ -+ (2) э 2 12 К 1(3) многоточием, имеют, более высокийпорядок малости, так как их сумма в10-15 раз меньше величины члена ря. да, содержащего я 1 п э 6. Таким образом,общая погрешность измерения от влияния перекоса уменьшается в несколько раз.Так как равные по площади электроды (2 и 4), установленные строго па"раллельно относительно общего электрода 1, имеют одинаковые частичныеемкости, то при появлении перекоса(непараллельности) их частичные емкости изменяются неодинаково, так какрадиусы этих электродов не равны.Таким образом, разность частичныхемкостей С; и С, равных по площади,электродов относительно противолежа щего им электрода 1 является мерой уг-,ла 6 перекоса электродов емкостногодатчика и может выполнять индикационную функцию измерения угла поворотаобъекта.50 указанные частичные емкости могут быть измерены любым известным методом, например при помощи трансформаторных мостов переменного тока. При этом электроды, не участвующие в процессе измерения, должны быть заземлены, Вычисление разностных значений указанных частичных емкос 10 где К и Кэ - внутренний.и внешнийрадиусы кольцевого электрода 3.Если радиусы К, и К в выражениях (1) и (2) равны, то разность ука занных емкостейа аГФ 1 г 2 (2 К -Кэ)я 1 п с 6с -с = - гк -к )+ - ----- 1,1г., э 1= 11 ,1 э у1231396 оставитель С.Скрыпникехред И.Попович : Корректор,С.Шек едактор А.Ог 7 Тираж 670 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаушПодписноекомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5 Заказ 2556/4 олиграфическое предприятие, г. Ужгород, .ул. Проектная, 4 оизводств тей может быть осуществлено с помощью известных технических средств. Использование предлагаемого датчика позволяет повысить точность измерения расстояний до объекта путем эффективного снижения эависимос" ти результата измерения от перекосов электродов. При заданной точности измерений использование датчика позволяет расширить допуски на непараллельность электродов (примерно в 5 раз), что упрощает и удешевляет его производство. Возможность контроля непараллельности электродов датчика в процессе изготовления и эксплуатации облегчает технологию его сборки.и поверки, поскольку исключается необходимость непользования сложной вспомогательной аппаратуры, например лазерных интерферо;метров для измерения углов перекоса электродов. Получение дополнительной информации об угле поворота обь- ю екта повышает информативность контроля. Формула изобретения Емкостный датчик расстояния дообъекта, содержащий размещенныеконцентрически в общей плоскостицентральный круговой, первый кольцевой и внешний заземленный электро ды, а также противолежащий им плоский электрод, предназначенный. для установки на объекте, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и информативности 15 контроля, датчик снабжен вторым кольцевым электродом, расположенным между первым кольцевым и внешним заземленным электродами, площадь второго кольцевого электрода равна площа ди центрального кругового электрода,а внешний рауис первого кольцевогоэлектрода в 42 раз превьйпает еговнутренний радиус, равный радиусуцентрального кругового электрода.