Дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещения

(5)5 ПИС ИЕ ИЗОБРЕТ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕУКОСТНОЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ(57) Изобоетение относится к измерительной технике, Цель - повышение точностидифференциального емкостного преобразователя углового перемещения за счетуменьшения влияния непараллельностиустановки его электродов. Неподвижныеэлектроды преобразователя выполнены ввиде нескольких пар полукольцевых сегменИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования угловых перемещений объекта в электрический сигнал,Известен преобразователь угловых перемещений, выполненный в виде конденсатора переменной емкости. содержащий диэлектрический корпус, размещенный в нем ротор, выполненный из электропроводящего материала в виде "бабочки", изогнутую металлическую крышку для герметизации и создания равномерного давления, прижимающего ротор к основанию корпуса и неподвижный электрод в виде металлизированного слоя на внешней поверхности основания корпуса, выполненный в виде диаметрально противоположно расположенных кольцевых сегментов,тов, расположенных в одной плоскости и образующих четыре концентрических кольца, радиальные размеры которых связаны определенными математическими соотношениями, Установленный соосно с ними с возможностью вращения в параллельной плоскости третий электрод также выполнен из полукольцевых сегментов разного диаметра, каждый из которых размещен напротив концентоическсго кольца соответствующего диаметра. Все полу- кольцевые сегменты третьего электрода электрически соединены между собой. При вращении третьего электрода относительно двух неподвижных обеспечивается дифференциальное изменение емкостей, образованных ими. Отношение разности этих емкостей к их сумме не зависит от перекоса электродов. 2 ил,Недостатком этого преобразователя является влияние перекоса между ротором и неподвижным электродом на вид выходной,с, характеристики конденсатора. ) орНаиболее близким по технической сущности к данному изобретению является дифференциальный емкостный преобразователь углового перемещения, 4 содержащий два размещенных в оба.,ей плоскости одинаковых неподвижных электрода, каждый из которых выполнен в виде а одной пары электрически соединенных полукольцевых сегментов разного диаметра, расположенных диаметрально противоположно относительно оси симметрии преобразователя и образующих два концентрических кольца, и установленный соосно с возможностью вращения в параллельнойз я з им плоскости третий электрод, выполненный идентично одному из неподвижных электродов, Этот преобразователь также чувствителен к перекосам подвижного электрода относительно неподвижных электродов, что оказывает существенное влияние на точность преобразователя,Целью изобретения является повышение точности преобразования путем уменьшения влияния непараллельности установки электродов и их биения.Указанная цель достигается тем, что дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещения, содержащий два размещенных в общей. плоскости одинаковых неподвижных электрода, каждый из которых выполнен в виде одной пары электрически соединенных полукольцевых сегментов равного диаметра, расположенных диаметрально противоположно относительно оси симметрии преобразователя и образующих два концентрических кольца, и установленный соосно с возможностью вращения в параллельной им плоскости третий электрод, выполненный идентично одному из неподвижных электродов, снабжен тремя идентично выполненными парами полукольцевых сегментов другого диаметра, две из которых расположены концентрично в общей плоскости с полукольцевыми сегментами неподвижных электродов, имеют электрические соединения с соответствующим из них и образующих два дополнительных концентрических кольца, третья пара размещена в плоскости третьего электрода напротив дополнительных концентрических колец, концентрические кольца в плоскости неподвижных электродов отделено одно от другого в порядке удаления от центра кольцевыми зазорами шириной п 1,Ь 2,Ьз, при этом величина радиального зазора Ь 2 может быть равна О, радиальные размеры концентрических колец связаны следующими соотношениями Я 4 = (ЯЗ + пЗ) + ЯЗ - Я 2 Я 4 (ЯЗ + пЗ) + ЯЗ Д 2 + пфЯ 24 + (Я 1 + Ь )4 Я 1 + ЯО 0 где ЯО,Я 1 Я 2 Яз и Я 4 - внутренний радиус первого кольца и внешние радиусы соответственно первого, второго, третьего и четвертого концентрических колец, образующих неподвижные электроды,На фиг,1 изображены неподвижные и подвижный электроды преобразователя углового перемещения, а также подключен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ный к ним измерительный блок; на фиг.2 - вариант выполнения преобразователя с другой формой подвижного и неподвижных электродов.Преобразователь содержит расположенные в одной плоскости два неподвижных электрода, выполненных в виде полукольцевых сегментов, образующих концентрически расположенные кольца 1-4. Третий электрод 5 установлен соосно с возможностью вращения в параллельной им плоскости и выполнен в виде четырех полукольцевых сегментов, расположенных, соответственно, над кольцами 1-4 неподвижных электродов, Третий электрод 5 образует с неподвижными электродами два переменных конденсатора емкостью соответственно С 1 и С 2 в функции площади их взаимного перекрытия. Дифференциал ьная емкость преобразователя С = С 1 - С 2, 1)Величины радиусов Я 2,Яз,Я 4 получены путем разложения дифференциальной емкости С в ряд Тейлора по углу перекоса между электродами и приравнивания нулю линейного и квадратичного членов разложения, Радиальные зазоры п 1,п 2,пз при этом выбираются произвольно. Все электроды преобразователя подключены на вход измерительного блока б.В случае, когда диэлектрическая проницаемость я преобразователя постоянна во время его работы, измерительный блок б представляет собой устройство, выходное напряжение которого прямо пропорционально дифференциальной емкости с преобразователя, Если диэлектрическая проницаемость существенно изменяется во время работы, преобразователь снабжается дополнительным постоянным конденсатором Сз, физически выполненным так, что его диэлектрическая проницаемость зависит от параметров внешней среды так, как и дифференциальная емкость преобразователя. Измерительная схема в этом случае содержит дополнительный блок деления, выходное напряжение измерительной схемы прямо пропорционально отношениюС 1 - С 2СзИзмерительный блок б выполняется на базе широко известных преобразователей величины емкости в сигнал переменного или постоянного тока, В качестве Сз целесообразно использовать суммарную емкость С 1+ С 2, Однако эта емкость в значительной степени зависит от угла перекоса между электродами, так как ее разложение в ряд Тейлора содержит не равный нулю квадратичный член. Устранение этого недостатка-В 4+(В - Ь)4-В+ В =0 55 возможно за счет введения в преобразователь дополнительного кольцевого неподвижного электрода 7 (см. фиг.1 и фиг,2),где п 4 - радиальный зазор между электродом 7 и концентрическим кольцом 4.Величина радиуса В 5 определяется равенством нулю квадратичного члена разложения в ряд Тейлора по углу перекоса емкости Сз = С 1+ С 2 - С 4, где С 4 - емкость, образованная электродом 7 с подвижным электродом 5. Внешний радиус подвижного электрода 5 увеличен так, чтобы он имел полную площадь перекрытия с электродом 7,Возможно устранение влияния нестабильности емкости С 1+ С 2 за счет выполнения полукольцевых сегментов подвижных и неподвижных электродов двух внешних конец повернутыми на 90 относительно полукольцевых сегментов внутренних колец, при этом емкость Сз = С 1+ С 2,Измерительный блок б при наличии электрода 7 содержит дополнительный блок вычитания, а его выходное напряжение прямо пропорционально отношениюС 1 - С 2СзПреобразователь работает следующим образом.При угловом перемещении подвижного электрода относительно неподвижных линейно меняется площадь перекрытия между ними. Следовательно, линейно изменяется дифференциальная емкость и реобразователя. При возникновении перекосов между подвижным и неподвижным электродами преобразователя емкости конденсаторов С 1 и С 2 изменяется одинаковым образом и, следовательно, дифференциальная емкость преобразователя не будет зависеть от перекосов между электродами,Данный преобразователь позволяет уменьшить погрешность, вносимую перекосами электродов, в 3 - 5 раз или при той же погрешности соответственно уменьшить его габариты по сравнению с известным преобразователем,Формула изобретения Дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещения, сосоединенного с входом измерительного блока 6, внешний радиус В 5 которого ра- вен держащий два размещенных в общей пло скости одинаковых неподвижных электрода, каждый из которых выполнен в виде одной пары электрически соединенных полукольцевых сегментов разного диаметра, расположенных диаметрально противопо ложно относительно оси симметрии преобразователя и образующих два концентрических кольца одинаковой площади, и установленный соосно с возможностью вращения в параллельной им плоскости третий 15 электрод, выполненный идентично одномуиз неподвижных электродов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования путем уменьшения влияния непараллельности установки 20 электродов и их биения, он снабжен тремяидентично выполненными парами полукольцевых сегментов другого диаметра, две из которых расположены концентрично в общей плоскости с полукольцевыми сег ментами неподвижных электродов, имеютэлектрические соединения с соответствующим из них и образуют два дополнительных концентрических кольца, третья пара размещена в плоскости третьего электрода на против дополнительных концентричныхколец и имеет электрические соединения с ним, концентрические кольца в плоскости неподвижных электродов отделены один от другого кольцевыми зазорами шириной и, а 35 их радиальные размеры связаны следующими соотношениями; 45где ВО,В 1 В 2,Вз и В 4 - внутренний радиус первого кольца и внешние радиусы соответственно первого, второго, третьего и четвертого концентрических колец, образующих 50неподвижные электроды,1768954 Составитель В,ТросманТехред М.Моргентал Корректор Н,Милюкова Редактор В Фельдман Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3637 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5