Дифференциальный емкостный преобразователь углового перемещения

(2 (2 (4 л,В (54 НЬ РЕ (57 НО 1 пе сти эле пр ы О но из ны ма ется расширеуглового пере- ения точности ерекоса электни ме пут ро В однои пложный электроеля и схема ихму блоку. ГО УДЛРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕ ОМСТВО СССР(ГО ПАТЕНТ СССР) 4879410/2830,10.9030,08.93, Бюл. М 32В.А Павленко и В,Б.ТросмэнПатент США йт 4095263,Н 01 6 5/06, 1978.Авторское свидетельство СССР599644, кл. 6 01 В 7/30, 1988.ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ. ЪЙ ЕМКОСТЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОГО ПЕЕ ЩЕНИЯИзобретение относится к измерительтехнике и имеет целью расширение диэона измеряемого угловогоемещения до 360 и повышение точнопутем уменьшения влияния перекосатродов дифференциального емкостногообразователя углового перемещения,орый содержит два неподвижных электзобретение относится к измерительехнике и может быть использовано для рения угловых перемещений различбьектов в приборостроении или авто, ке, 1 Целью изобретения явля диапазона измеряемого ения до 360 и повыш м уменьшения влияния и ов.На чертеже изображеныти неподвижные и подвмкостного преобразоваключения к измерительн рода, образованных четырьмя кольцами, лежащими в общей плоскости и разделенными изоляционными спиралями на участки, соединенные между собой определенным образом, Текущие радиусы спиралей связаны между собой заданными математическими соотношениями, Подвижный электрод, установленный с возможностью вращения в параллельной плоскости, состоит из кольцевых секторов, размещенных диаметрально противоположно в общей плоскости и образующих с неподвижными электродами два конденсатора переменной емкости с дифференциально изменя(ощимися емкостями. Име 1 отся также защитные кольцевые электроды. Измерительная схема, к которой подключены электроды преобразователя, реализуют логометрический метод измерения. 1 з,п.ф-лы, 1 ил,еренциальныи емкостнои преоб- О ль углового перемещения содер д размещенных в одной плоскости, СО жных электрода, образованных чеонцентрическими кольцами 1 - 4 (Я диаметра. Площадь каждого из ко- улена на две электрически изолироасти с помощью спиралей 5 - 8, при спирали возрастают в одном наи, Начала спиралей первого и чет д колец расположены на одной роходящей через ось вращения электрода, совгадающую с геометцентром колец. Начала спиралей третьего колец находятся на этой Диффразоватежит два,неподвитырьмя кразноголец раздеванные чэтом всеправлениже линии с противоположной стороны отцентра.Первый неподвижный электрод образован электрически соединенными между собой участками колец 1 и 2, ограниченных ихвнутренними кольцевыми сторонами с радиусами Во и В 1 и разделяющими эти кольцаспиралями 5 и 6, а также участкамиколец 3и 4, ограниченных спиралями 7 и 8 и внешними сторонами этих колец с радиусами йзи 84. Второй неподвижный электрод образован остальными электрически соединенными участками четырех колец,Параллельно двум неподвижным электродам установлен с возможностью вращения третий электрод 9. Эти электродыобразуют дифференциальный конденсаторс емкостями С 1 и С 2, изменяющимися в функции углового положения третьего электрода,Третий электрод 9 состоит из двух про-водящих кольцевых секторов 10 и 11, размещенных напротив колец 1 и 4, неподвижныхэлектродов итретьего проводящего кольцевого сектора 12, расположенного диаметрально противоположно относительно.первых двух и размещенного напротив колец 2 и 3 неподвикных электродов,Угловая величина асекторов электрода9 (фиг,1) может быть выбрана произвольной,при этом надо учитывать, что при малойвеличине а мала абсолютная емкость. преобразователя, с другой стороны, увеличениеа приводит к уменьшению диапазона измеряемых углов, равного (360- а),Текущие радиусы и спиралей определяются из условия компенсации перекосовэлектродов и требуемой зависимости результирующей емкости преобразователя Сот угла р поворота подвижного электрода 9относительно неподвижных электродов,Значения текущих радиусов и спиралей получены путем разложения в ряд Тейлора результирующей емкости преобразователя иприравнивания нулю линейного и квадратичното членов разложения, Последнееуравнение для нахождения г получается засчет выбора требуемой зависимости результирующей емкости С от угла поворота Оэлектрода 9 и выражения этой зависимости, через текущие радиусы и спиралей; При составлении уравнений учтено небольшое радиальное расстояние между кольцаминеподвижных электродов, необходимое дляих изоляции друг от друга.В случае, когда диэлектрическая проницаемость я преобразователя постоянна вовремя его работы, измерительный блок 13представляет собой устройство, выходное напряжение которого прямопропорционально результирующей емкости С = С 1 - Сг, Если диэлектрическая проницаемость я существенно изменяется во время работы, преобразователь снабжается дополнительным постоянным конденсатором с емкостью Сз, диэлектрическая проницаемость которого зависит от параметров внешней среды так же, как и у результирующей емко- "0 сти преобразователя. Измерительный блок13 содержит в этом случае дополнительный блок деления. Выходное напряжение измерительного блока при этом прямопропорциС 1 С 2онально отношению. СзВ качестве емкости Сз целесообразноиспользовать суммарную емкость С 1 + С 2.Однако эта емкость в значительной степени зависит от угла перекоса между электрода ми, так как ее разложение в ряд Тейлоравключает не равный нулю квадратичный член.Для.устранения этого недостатка преобразователь снабжен двумя дополнитель ными кольцевыми электродами 14 и 15,которые расположены в одной плоскости с неподвижными электродами, а также двумя дополнительными кольцевыми секторами 16 и 17., которые расположены в одной пло скости с подвижным электродом 9, Электроды 14 и 15 электрически связаны между собой, подключены к измерительному блоку 13 и расположены концентрично с двумя неподвижными электродами, охватывая их 35 снаружи.Кольцевые секторы 16 и 17 расположены напротив колец 14 и 15 соответственно и при этом диаметрально противоположно друг другу, а также электрически соединены 40 с подвижным электродом 9. Кольцевые сектора 16 и 17 образуют с кольцевыми электродами 14 и 15 два параллельно включенных конденсатора суммарной емкостью С. Геометрические размеры электро дов 14 и 15 и секторов 16 и 17 выбираютсятаким образом, чтобы в разложении в ряд Тейлора С 4 по углу перекоса электродов линейный член разложения был равен О, а квадратичный член разложения был равен 50 аналогичному члену разложения С 1+ С 2. Вслучае, если кольцевые сектора 16 и 17 расположены по одной линии с секторами подвижного электрода 9, емкость Сз = С 1+ Сг - С 4 не зависит от перекоса электродов с 55 точностью до квадратичного члена разложения. В случае, если кольцевые сектора 16 и 17 расположены перпендикулярно секторам подвижного электрода 9, емкость Сз = С 1+ С 2 + С также не зависит от перекоса1838155 э ектродов с точностью до квадратичного ч ена разложения,8 том случае, если спирали 5, б, 7, 8, о разующие неподвижные электроды, имезначительную толщину и нарушается ус л вие СС 2 = сопзт, кольцевые электродыи 15 необходимо незначительно спрофил ровать из условия Сз = сопз 1, Если металл зация неподвижных электродов нанесенаих внутреннюю поверхность, то в кольцах 10 ектродов 14 и 15 необходимо сделать узе прорези для выводов неподвижных ектродов за пределы преобразователя. ри металлизации неподвижных электрод в на наружной поверхности этого делать 15 н требуется. Измерительный блок 13 при н личии конденсатора С 4 содержит дополн тельный блок суммирования, а его выходн е напряжение прямопропорционально с едующему соотношению: 20С 1 С 2 Устройство работает следующим обрам. При угловом перемещении подвижного ектрода 9 относительно неподвижных 25 ектродов меняется площадь перекрытия ежду ними, следовательно, меняется рельтирующая емкость преобразователя, ри возникновении перекоса между повижными и неподвижными электродами, 30кости С 1 и С 2 изменяются одинаковым бразом. Следовательно, результирующая чкость С-С 2 не будет зависит от перекоса ектродов.Данный преобразователь позволяет 35еньшить погрешность, вносимую перекоами электродов, в 3-5 раз или при исходой погрешности - соответственно еньшить габариты устройства, Формула изобретения 401, Дифференциальный емкостный преразователь углового перемещения, соржащий два неподвижных, электрически олированных электрода, которые выполны в виде расположенных в одной плоско и концентрических колец. установленный осно с возможностью вращения в паралельной плоскости электрод, выполненный виде проводящих, электрически соединеных между собой кольцевых секторов, за репленных на общем диэлектрическом сновании и расположенных по обе стороы относительно оси вращения этого электода, и подключенный к этим электродам змерительный блок, о т л и ч а ю щ и й с я 55м, что, с целью расширения диапазона змеряемого углового перемещения до 360повышения точности путем уменьшениялияния перекоса электродов, он снабжен третьим и четвертым неподвижными кольцами, установленными концентрично с первыми двумя в общей с ними плоскости, площадь каждого из четырех колец разделена на две части изоляционной спиралью, начало каждой из которых расположено на внутренней стороне соответствующего кольца, текущие радиусы всех спиралей возрастают в одинаковом угловом направлении, начала спиралей на первом и четвертом кольцах, имеющих соответственно наименьший и наибольший диаметры, располоены на одной линии, проходящей чере1838755 Вв В 7 - Вб +В 53=0,Составитель В.ТросманРедактор С,Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп Заказ 2922 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 Я изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 один другому, а их радиусы Вк, где к,6,7,8,связаны следующими соотношенияВа В 7 + Вб В 5 = сопзт,4 4 4 4 где Вв и В 7 - внутренние, а Вв и Ва- внешние радиусы дополнительных колец и дополни тельных кольцевых секторов.