Емкостный дифференциальный датчик перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ггн 4 С 01 В 7/30 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г 8 Бюл. В 3 ектродинамики ич, А,С.Левицкий:531.71(088,8)свидетельство ССС 01 В 7/001 198 СР 5. разныхмыкающихтокового ник азного иаметра, сственно и секциями акже которь сто рог астины конпентри- диаметра вующи тводы секциям через радиальные углов этих секций, 3 ил. и о электродами ерять х маеремещ инострЦель На фиг,костный дат показа к, поп схематично емречное сечспие;фиг, 1, 1 лек - азначенпые и гч ремещ ппп,г, 1 при у, ппи кон бретени упрощениифференций при сниж на фиг. 2троды датчикизмерения угфиг. 3 - вид ид А н льн трукции емкостно ре го датчика перемещен трудоемкости и стоим ления за счет соотве ени овых и сти его и ствующего отов выГОСУДАРСТ 8 ЕНКЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ЕМКОСТНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель - упрощение конструкций емкостного дифференциального датчика перемещений, Последний содержит секционированные потенциальный, токовый и экранирующийэлектроды, размещегпые на обращенных одна к другой поверхностях трехдиэлектрических пластин, установленных параллельно одна другой свозможностью линеиного или углового перемещения одной из них относительно двух других, между которыхона установлена, Упрощение конструк Изобретение относится к изме тельной технике и позволяет изм п ения в различных областя 801504493 А 1 ции датчика при сохранении его точности обеспечивается за счет уменьшения количества отверстий в диэлектрических пластинах, благодаря выполнению межсекционных электрическихсоединений токовогс н пот пипа.пьногоэЛектродов в тех же плоскостях,что исекции соответствующих электродов.Эти соединения между секциями токового электрода, объединенньми в двегруппы и расположенными на внутренних поверхностях неподвижных ппастин, выполнены в виде двух пар концентрических соединительных проводсторон непосред Р к соответствующим секциям электрода, Соединения межд потенциального электрода, объединенными в две группы размещены с противоположнь подвижной диэлектрической выполнены в виде двух пар ческих проводников другого присоединенных к соответст полнения межсекционных соединений3 150449 но прозрачных диэлектрических пластинах.Емкостный дифференциальный датчик перемещений содержит электричес 5 ки соединенные через одну секции 1 и 2 потенциального электрода, которые образуют две группы, размещенные на противоположных плоскопараллельных сторонах диэлектрической 1 О пластины 3, установленной с возможностью перемещения между двумя неподвижными диэлектрическими пластинами 4, на внутренних сторонах которых, обращенных к группам секций 151 и 2 потенциального электрода, расположены секции 5 и 6 токового электрода, электрически соединенные через одну и также образующие две группы секций, ирина и расстояние 20 между секциями потенциального электрода выполнены равными ширине секций токового электрода и равны а . Секционпрованный экранирующий электрод, соединенный с общей точкой 25 прибора, имеет секции 7 с такой же шириной а, как и секции 1,2 потенциального илп 5-6 токового электродов, и размещены на подвижной пластине 3 между секциями 1 и 2 потел цпального электрода, Группы "екций 1 и 2 потенциального (или 5-6 токового электродов) смещены одна от осительно другой на половину ширины их секций, т.е. на а /2, В варн;нте исполнения (не показан) секции потенциального электрода могут быть размещены на неподвижных пластинах 4, а секции токового электрода - на подвижной пластине 3. Секции 5-6 40 токового электрода соединены на пластинах 4 при помощи концентрических соедшштельных проводников 8,1- 8.4. 1 роводники непосредственно прилегают к соединяемым секциям то кового электрода, а их радиусы К, и Кг равны соответственно внешнему и внутреннему радиусам этих секций, На поверхность пластин 4 за пределами секций 5-6,токового электрода и примыкающих к ним проводников 8,1 - 8,4 нанесено экранирующее пок- рытие 9.Секции потенциального электрода на обоих сторонах подвижной пластины 3 соединены при помощи концентрических проводников 10.1 - 10.4. Радиусы К проводников 10.1 и 10.3 меньше соответствующих радиусов К, В начальном поло, кении датчика правый край секции 1 потенциального электрода удален от пинии раздела секций токового электрода на 1/4 часть ее ширины. Секция 2 потенциального электрода в этом положении заземлена. При линейном (х) или угловом (06) перемещении потенциального электрода емкость С между секциями 1 потенциального электрода и секциями 5 токового электрода уменьшается, а емкость Сг между их секциями 2 и 6 увеличивается, Добавочной частью в емкостях С и С, зависящей от площади взаимного перекрыпт этих электродов, является емкость Д С, обусловленная площадью ортогональных проекций радиальных отводов 11,1 и 11.2 на плоскость токового электрода, При реализации в блоке преобразования сигналов (не показан), подключаемом к группам секций 5-6 токового электрода,С- Сг функции имеющей вид о = ---- хаФС + Сг к - (где Ы - измеряемое, например, угловое перемещение), с учетом указанных добавочных емкостей Ь С получаем следующую зависимость СО( -СС+ 2 ДС 2 Ъ Так как величина С малая и практически неизменная, то она не будет вносить погрешности в результат измерения, поскольку лишь уменьшает 3 4провод ов 8.1 и 8.3, а радиусы К 4проводников 10.2 и 10,4 - большерадиусов Кг соединительных проводников 8.2 и 8,4 между секциями 5-6токового электрода, Секции 1-2 потенциального электрода присоединяются к соответствующим концентрическим проводникам 10.1 - 10,4 при помощи радиальных отводов 11,1 - 1,4от углов этих .секций Ширина соединительных проводников 8,1 - 8,4между секциями токового электрода,а также ширина радиальных отводов11,1 - 11,4 равна Ь, причем д (ссЕмкостный дифференциальный датчикперемещений работает следующим образом,93 15 5 15044 крутизну функции преобразования датчика,Концентрические проводники 10,1 10,4 на потенциальном электроде не5 вносят добавок в величину емкости Си С , так как они заэкранированы металлизировапным экранирующим покрытием 9При достижении секций 1 потен циального электрода положения, когда ее правый край не доходит на1/4 ширины секции до следующей линии раздела токового электрода секция заземляется и аналогичным образом изменяется емкость между секциями 2 потенциального электрода и секциями б и 5 токового электрода. Аналогично вышеописанному происходиткомпенсация влияния дополнительных 20 емкостей ЬС, обусловленных проекцией радикальных отводов 1.3 и 11.4 на плоскость секций токового электрода,При дальнейшем изменении величины углового перемещения М,(или линейного перемещения К ) измерениевновь ведется по группе секций 1потенциального электрода и т.д.Таким образом, весь диапазон измеряемых перемещений, равный 2 а,оказывается разбитым на четыре поддиапазонз, внутри каждого из которых измерение осуществляется так,что край секции потенциального элек 35трода не подходит к краю секции токового электрода ближе, чем на 1/4часть ее ширины. Поэтому радиальныеотводы от секций потенциального электрода, расположенные в углах, оказываются максимально удаленными отлиний раздепа токового электрода,что снижает влияние краевого эффекта на результат измерения.Благодаря описанному выполнениюмежсекционных электрических соединений электродов емкостного датчика устраняется необходимость выполнения внешних выводов на обратнуюсторону (или торцы) диэлектрическихпластин от каждой секции потенциального электрода. Внешние выводы делаются только от концентрическихпроводников, соединяющих эти секции.Обычно электроды изготавливаются ме 55тодом напыления тонких проводящихпленок на диэлектрические пластины(стекло, керамику, ситалл). Чтобысделать внешние выводы, необходимо данный диэлектрик просверлить, чтотрудоемко. Поскольку количество секций для датчиков такого типа можетдостигать десятков и сотен, то соединение секций при помощи кош,ентрических проводников в плоскости самихсекций позволяет немного уменьшитьколичество отверстий для выводов,что снижает трудоемкость и стоимостьизготовления емкостного датчика,Точность измерения при этом не снижается,Формула изобретенияЕмкостный дифференциальный датчикперемещений, содержащий две неподвижные диэлектрические пластины иустановленную в зазоре между нимис возможностью перемещения вдоль ихповерхности третью пластину, размещенные на них секционированные потенциальный, экранирующий и токовыйэлектроды, ширина д секций которыходинакова, секции потенциального итокового электродов размещены наобращенных одна к другой поверхностях диэлектрических пластин и объединены с помощью межсекционных электрических соединений в группы, смещенные одна относительно другой наполовину ширины одной секции, а секции экранируюшего электрода размещены впромежутках между секциями потенциального электрода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрошения конструкции при снижении трудоемкости и стоимости его изготовления, межсекционные электрическиесоединения токового и потенциальногоэлектродов расположены в тех жеплоскостях, что и секции соответствующих электродов, и выполнены в виде двух пар концентрических проводников, примыкающих к секциям токового электрода, и двух пар концентрических проводников, присоединенных к секциям потенциального электрода через радиальные отводы отуглов этих секций, ширина А концентрических соединительных проводников, примыкающих к секциям токовогоэлектрода, а также радиальных отводов от углов секций потенциальногоэлектрода выбрана из условия 6 с да на участки поверхности диэлектрических пластин за пределами секцийтокового электрода и концентрическихсоединительных проводников между ними нанесено экранирующее покрытие,1504493 Фиг,1 Юг аг фиа Г ВоЯ авитель С. Скрыпнед М,Моргентал Ко Цароши Редак кт инич одписное ри ГЕНТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 Заказ 5240/41 ТиражВИИПИ Государственного комитета113035, Москва, Ж обретениям и открытия Рауиская наб., д. 4/5