Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ц 4,С 01 В 7 ОСУДАРСТВЕННЦЙ НОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ Т СССРТНРЫТИЙ 5/2 СТНЫЙ ДА и до(71) Институт электродинамикиАН УССР(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕМКО ТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью расширение диапазона измерений при сохранении линейности и однозначности функции преобразования дифференциальногоемкостного датчика угловых перемещений, подвижный электрод 1 котороговыполнен в форме остроугольного сектора, а неподвижные электроды 2.и 3ограничены изнутри окружностью с центром, лежащим на оси 6 вращения по= двнжного электрода. Неподвижные электроды отделены один от другого изоляционным промежутком в виде плоской спирали 7, концы которой лежат соответственно на внутренней 4 и внешней 5 окружностях, ограничивающих неподвижные электроды, и участком 10 в виде отрезка, соединяющего концы 8 и 9 этой спирали, лежащие на одной прямой с центром указанных окружностей. При вращении подвижного электрода 1 вокруг оси 6, перпендикулярной его плоскости, происходит изменение площади взаимного перекрытия этого электрода и неподвижных электродов 2 а и 3. Благодаря спиралевидной формеф изоляционного промежутка между неподвижными электродами 2 и 3, описываемой соответствующим математическим С выражением, происходит однозначное линейное изменение частичных емкосежду ними и подвижным электротчика. 1 з.п. ф-лы. 2 ил.0 2При изменении углового положения М подвижного электрода 1, вращающегося относительно своей вершины в плоскости параллельной плоскости неподвижных электродов 2 и 3, происходит изменение площади их взаимного перекрытия. Так как неподвижные электроды ограничены концентрическими окружностями, центр которых лежит на оси вращения подвижного электрода, то сумма активных площадей неподвижных электродов и сумма частичных емкостей С 2 и С между соответствующими электродами датчика сохраняет свое значение независимо от углового положения с подвижного электрода 1. Перемещение подвижного электрода 1 благодаря спиралевидной форме границы раздела между неподвижными электродами 2 и 3 приводит к однозначному увеличению одной частичной емкости за счет уменьшения другой, что определяет дифференциальный закон изменения частичных емкостей в датчике с переменной активной площадьюэлектродов. Монотонность изменения частичных емкостей, а следовательно, и Функции преобразования нарушается только в случае, когда подвижный электрод находится над прямолинейным участком 10, разделяющим неподвижные. электроды 2 и 3. Поэтому диапазон измеряемых при помощи предлагаемого датчика перемещений равен (27-), где - угол при вершине сектора подвижного электрода 1, который реаль-о но может составлять 300-350 При включении емкостного датчикав схему измерения, например мосТовуюили компенсационно-мостовую измерительную цепь, реализующую одну изследующих функций Р преобразования,1где =1,2,3:С -С2-1 -1С 2, +,спе к иК 2 С +С.,получают линейную зависимость вых ного сигнала от измеряемого углов перемещения, инвариантную к значе диэлектрической проницаемости сре зазору между электродами и темпера ным изменениям их активной площадИспользование предлагаемого ди ренциального емкостного датчика ( ию е 1 132385Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении угловых перемещений, например, рабочих органов роботов или станков-автоматов в диапазоне от О до 360.5Цель изобретения - расширение диапазона измерения при сохранении линейности функции преобразования за счет соответствующего профилирования электродов емкостного датчика.На Фиг. 1 изображен дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений, продольное сечение; на фиг, 2 - то же, вид сверху,Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений содержит плоский подвижный электрод 1, имеющий форму сектора круга с острым углом при вершине, и два неподвижных электрода 2 и 3, расположенных в плоскости, параллельной плоскости подвижного электрода,Неподвижные электроды 2 и 3 ограничены изнутри и снаружи окружностями 4 и 5 с центром, лежащим на .оси б вращения подвижного электрода, перпендикулярной его плоскости и прохо дящей через вершину сектора. Изоляционный промежуток, отделяющий неподвижные электроды 2 и 3 .один от другого, выполнен в виде плоской спирали 7, концы 8 и. 9 которой лежат соответственно на внутренней 4 и внеш ней 5 окружностях, ограничивающих неподвижные электроды, и имеет прямолинейный участок 10 в виде отрезка, соединяющего концы 8 и 9 спирали .Для получения линейной функции преобразования необходимо, чтобы радиус Б.плоской спирали, разделяющей нейодвижные электроды 2 и 3, описывался, например, следующим математическим выражением у+(у-у)(1) г,. - радиусы соответственно внутренней и внешней окружностей, ограничивающих неподвижные 50электроды; р - угловая координата точки спирали, в которойопределяется ее радиус, изменяющаяся в диапазо не от 0 до 2 п, Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений работает следующим образом,13238504подвижного электрода, и отделены одинот другого изоляционными промежутками в виде плоской спирали, концы которой лежат на внутренней и внешнейокружностях, ограничивающих неподвижные электроды, и прямолинейного отрезка, соединяющего концы этой спирали, которые расположены на одной прямой с центром окружностей. Составитель С.Скрыпникедактор А.Ревин Техред Л.Олийнык Корректор СЛе 53/43 ТиВНИИПИпо д113035,аж б 77сударственно ам изобретеносква, Ж,аказ Подписноео комитета СССРй и открытийРаушская наб д, 4/ Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектна сравнению с известными) позволитпочти вдвое расширить диапазон измеряемых угловых перемещений при сохранении линейности характеристики преобразования. 5 Формула изобретения 1, Дифференциальный емкостный датчик угловых перемещений, содержащий 10 плоский подвижный электрод, имеющий форму сектора круга и установленный с возможностью вращения вокруг осн, перпендикулярной плоскости этого электрода и проходящей через вершину 15 сектора, два неподвижных электрода, расположенных в плоскости, параллельной плоскости подвижного электрода, и ограниченных снаружи окружностью .с центром, лежащим на оси вращения 20 подвижного электрода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, подвижный электрод выполнен с острым углом при вершине сектора, а неподвижные электроды ограничены изнутри окружностью с центром, лежащим на оси вращения 2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения линейности характеристики преобразования, радиус К, плоской спирали определяется выражениемВК 2+(К 2-К 2 ) -св1 2 иф1где К и К - радиусы внутренней ивнешней окружностей,ограничивающих неподвижные электроды;р - угловаякоордината точки спирали, в которойопределяется ее радиус,изменяющаяся в диапазоне от О до 2 И.