Способ измерения перемещений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК БО 1578448)5 601 В 7/ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСА ИЗОБРЕТЕНИ ЬСТВУ АВТОРСКОМУ СВИ Бюл.26электродинам жоев:531.71 (088.8) %. СЬ г. Мц 1 о гз. - ,оп гпа 1 1, р. 137 - 141 ИЗМЕРЕНИЯ ки АН УСС- 1 егпч 1 ла о РЫз 1 сз Е, ЕРЕМЕ.ЦЕе относится к измль - повышениенкции преобразован рител очнос я переИзобретение относится к измертехнике и может быть использовточных измерений линейных перемепомощью емкостных датчиков.Пель изобретения - повышение точности и линейности функции преобразования перемещений в электрический сигнал при использовании емкостного способа измерения перемещений.На фиг. 1 показана схематично конструкция емкостного датчика .перемещений, используемого при осуществлении способа: на фиг. 2 - кривые изменения перекрестных частичных емкостей Сз и С 4 между электродами емкостного датчика в функции перемещений, а также результирующая функция преобразования разностной емкости ЛС в функции перемещения Х при осуществлении данного способа.Емкостный датчик, который позволяет осуществить данный способ, содержит две пары плоскопараллельно установленных электродов 1 - 2 и 3 - 4, электроизолированных один от другого в каждой паре и имеющих прямоугольную форму. Гары электродов установлены с возможностью изменения площади их взаимного перекрытия в процессе ительной а но для щений с, - порядк в - диэлек ды ме 6 - рассто плоско женымер электрода;я проницаемость сретродами;жду параллельными которых расположеи; овыи нотрическажду элеякие местями, вэлектро.,(21) 4434661/2(57) Изобретеной технике. Ци линейности ф мещении в электрическии сигнал при использовании емкостного способа измерения, который заключается в том, что поочередно (на одной частоте) или одновременно (на разных частотах) измеряют частичные емкости между двумя парами перекрестно расположенных электродов, которые установ. лены в двух параллельных плоскостях с возможностью изменения площади их взаимно. го перекрытия, в процессе измерения попеременно заземляют каждую из этих пар электродов и по разности измеренных перекрестных частичных емкостей судят о величине измеряемого перемещения. 2 ил. измерения перемещений. При этом одна из пар электродов связывается с объектом контроля, а другая - устанавливается неподвижно. В исходном состоянии границы 5, 6 раздела между электродами каждой лары расположены одна напротив другой,Способ измерения перемещений с помощью этого датчика осуществляют следующим образом. При линейном пчоскоиараллельном взаимном перемеи 1 ении пар электродов 1 - 2 и 3 - 4 происходит изменение перекрестных частичных емкостей Сч и С 24 между перекрестнорасположенными электродами 1, 3 и 2,разных пар. При этом, увеличение одной емкости происходит одновременно с уменьшением другой и определяется следующей математической зависимостью:х - измеряемое перемещение, определяющее площадь взаимного перекрытия двух электродов, емкость между которыми измеряется;- протяженность электродов в направлении, перпендикулярном перемещению,При значениях х/60 зависимость (1) приближается к линейной, при х/ЬО емкость С приближается к нулю, а при х/Ь( - 5 этой емкостью практически можно пренебречь. В диапазоне - 5(х/п(5 зависимость (1) становится сугубо нелинейной, что и определяет погрешность нелинейности известных емкостных датчиков с перекрестными связями, функционирующих в зависимости, от изменения зазора, а также возможную погрешность нелинейности данного датчика в области нуля его характеристики преобразования при измерении одной из частичных емкостей, что обусловлены краевыми эффектами на границе раздела электродов, лежащих в общей плоскости (см. фиг. 2, кривые Сз(х) или С 4(х.Поскольку перемещение х совпадает по абсолютной величине для обеих частичных емкостей, но противоположно по знаку, то разность этих частичных емкостей определяется формулой;ЛС=51 з - 524= у. 1 1 п(еф+1) - у 1 Х Х 1 п(Е-ф+1)=е 1 - ".130Таким образом, разность ЛС линейно связана с измеряемым перемещением х (см.фиг, 2).В связи с этим при осуществлении данного способа сначала измеряют при заданном х одну из частичных перекрестных ем- З 5 костей, например, Сз при заземлении двух других перекрестно расположенных электродов (2 и 4), после чего измеряют при том же х вторую частичную перекрестную емкость С 24 при заземлении первых двух перекрестно расположенных электродов (1 и 3),40 а затем определяют разность ЛС этих емкостей, которая может быть вычислена автоматически, например, в специальном измерительном блоке.Возможно также одновременное измере ние частичных емкостей, например, на разных частотах.Функциональная зависимость разности частичных емкостей от измеряемого перемещения (фиг. 2) оказывается принципиально линейной во всем диапазоне изменения 50 х вследствие взаимной компенсации нелинейных составляющих зависимостей Сд (х) и С 24(х). Краевые эффекты вблизи нерабочих границ электродов, параллельных линиям их раздела, могут быть сделаны пренебрежимо малыми. Это достигается тем, что противолежащие перекрестные электроды перекрывают друг друга не менее, чем на 3 - 5 значений зазора и.При этом оказывается возможным измерять весьма малые перемещения (при значениях х - О) с высокой разрешающей способностью, поскольку относительные изменения емкости ЛС строго пропорциональны изменениям х.Дополнительным преимуществом данного способа измерения перемещения является повышение надежности, которое достигается по сравнению с известным способом, предполагающим применение датчика с переменным зазором между электродами, тем, что случайные превышения значения перемещения х в процессе установки и эксплуатации по сравнению с расчетным диапазоном измерения не приьедут к поломкам и взаимным замыканиям электродов, поскольку при измерении частичных емкостей изменяются взаимные площади перекрытия пар перекрест- но расположенных электродов, лежащих в параллельных плоскостях. формула изобретенияСпособ измерения перемещений при помощи емкостного датчика, выполненного в виде двух пар плоскопараллельных электроизолированных один от другого в каждой паре электродов прямоугольной формы, заключающийся в том, что измеряют частичную емкость между какими-либо двумя перекрестно расположенными электродами разных пар при заземлении вторых двух перекрестно расположенных электродов, по величине которой судят о величине перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и линейности функции преобразования перемещений, пары электродов устанавливают с возможностью изменения площади их взаимного перекрытия и дополнительно измеряют частичную емкость между вторыми двумя перекрестнорасположенными электродами разных пар при заземлении первых двух перекрестно распо- . ложенных электродов, а о величине перемещения судят о разности измеренных перекрестных частичных емкостей.СоставитТехред А. Кр Тираж 502 итета по изоб ва, Ж - 35, Р й комбинат П льС. Свчук ретениям;аушскаяатент, г. Редактор Л. Пчолинская Заказ 1904 ИИПИ Государственного ко 113035, Мос Производственно-издательскшникКорректор И.МускаПодписноеоткрытиям прн ГКНТ СССРн аб., д. 4,5жгород, ул. Гагарина, 101