Емкостной датчик расстояния до проводящей поверхности

/14 51)4 0 01 В ХР 1.ЦЗОБРЕТДЕТЕЛЬСТВУ ОПИС К АВТОРС УСВ 8 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(53) 621.317.39:531.71 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 922498, кл. С 01 В 7/08, С 01 В 7/14, 1978(54) ЕМКОСТНЬЙ ДАТЧИК РАССТОЯНИЯ ДО ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности, помехозащ щенности, а также расширение диапазона измерения емкостного датчика расстояния до проводящей поверхности. Датчик содержит концентрически расположенные основной (центральный)2 и дополнительный 3 и 4 смещенныеотносительно него на заданные расстояния электроды. Электроды 3 и 4выполнены с внутренними отверстиями,размеры которых равны внешним размерам предыдущего электрода. Эталонныесмещения в направлении измеряемогоперемещения могут быть заданы кактолщиной диэлектрических пластин, навнутренней удаленной от контролируемого объекта поверхности которыхразмещаются эти электроды, так и величиной диэлектрической постояннойэтих пластин. Благодаря этому уменьшаются габариты емкостного датчикаи ослабляется влияние краевых эффектов и токов утечки между его электродами. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к измерительной технике, является усовершеиствованием основного изобретения по авт.св. У 922498 и может быть использовано для измерения малых пере мещений, зазоров или расстояний до проводящей поверхности, например величины торцовых биений, а также скорости или ускорения биений (по вто О рой производной величины биений) вращающихся магнитных дисков информаци онных модулей накопителей ЭВМ.Целью изобретения является повышение точности, помехоэащищенности и расширение диапазона измерения емкостного датчика расстояния до проводящей поверхности путем уменьшения влияния поверхностных токов утечки между электродами емкостного датчика, 2 О вызванных их загрязнением, а"также путем уменьшения влияния краевых эффектов благодаря более компактному размещению электродов датчика.На фиг.1 показан емкостный дат чик, поперечное сечением на фиг.2 - то же, при задании эталонных расстояний между электродами датчика путем выбора диэлектрической постоянной пластин, на которых расположены эти 3 О электроды; на фиг.3, 4 и 5 - разре" эы А-А на фиг.1 (формы выполнения основного и дополнительных электродов - в виде круглых дисков, колец, сегментов, круга, квадратов и прямоугольников соответственно).Емкостный датчик расстояния до проводящей поверхности содержит размещенные в герметичном металлическом корпусе .1, выполняющем функции экра О на, основной измерительный электрод 2 и смещенные относительно него на заданные расстояния 4и дв направлении измеряемого рабочего перемещения первый 3 и второй 4 дополнительные электроды. Число дополнительных электродов может быть в общем случае и больше. Электроды 2-4 размещены на внутренней удаленной от контролируемого объекта 5 поверхности диэлектрических пластин 6-8 соответственно,5 О толщина (фиг.1) или диэлектрическая постоянная Й (фиг.2) которых или то и другое одновременно определяют заданные расстояния (смещения) между электродами емкостного датчика в нап 55 равлении измеряемого перемещения (зазора). Первый смещенный электрод 3 охватывает основной (центральный) электрод 2 и имеет отверстие, равноепо размерам внешним размерам основного электрода 2, Кщщй последующийдополнительный электрод, например 4,выполнен с внутренним отверстием,размеры которого равны внешним размерам предыдущего дополнительного электрода, здесь -. электрода 3 (фиг.3,4 и 5),За счет того, что расстояния между электродами в горизонтальной плоскости практически сведены к нулю, исключается влияние краевого эффекта,что значительно повышает точностьизмерения.Наличие диэлектрика (хотя бы с минимальной толщиной Д) между измерительными электродами датчика и контролируемой поверхностью объекта 5повышает его помехозащищенность, таккак исключается возможность таких загрязнений электродов, которые могутпривести к увеличению поверхностныхтоков утечки между электродами и корпусом датчика или к короткому замыканию электродов с контролируемой деталью и нарушению работы электроннойчасти измерительной. схемы.При этом обеспечивается одинаковая толщина контролируемого воздушного зазорамежду всеми электродами емкостного датчика и контролируемой поверхностью объекта 5.Еще больше влияние краевого эф"фекта можно уменьшить путем выполнения электродов датчика в виде тонкопленочных электропроводных покрытий.Емкостный датчик работает следующим образом.При изменении расстояния от поверхности датчика до контролируемойповерхности, т.е. при изменении зазора , изменяются емкости С,1,Си Смежду каждым из его электродов 2-4и этой поверхностью согласно следующим математическим выражениям:Я, Б С ш г мтеф +ф+ в Ев Б(7) 4 М о+Ад 1+Вс 12 д 1 ю+д 1Ю,-Ц,) ------- (П, -И,) ------ 10 + 411 11 о+11+12 где Ео - диэлектрическая проницаемость вакуума,Ев - диэлектрическая проницаемость воздушногопромежутка между электродами,Е, Еэ - диэлектрическая проницаемость диэлектрических пластин 6-8 соответственно;Б , В, 8 э - площади каждого из электродов 2-4,дд,Аддд - толщина диэлектрическихпластин 6-8 соответственно.Величины диэлектрической проницаемости пластин Е Е, З могут бытькак одинаковыми, так и различными,Таким образом, результат измерения не зависит от диэлектрическойпроницаемости среды в зазоре, аследовательно, и от изменений температуры, влажности, давления и состава воздушной среды, которые влияютна ее величину.Дополнительные смещенные относительно основного на заданные расстояния электроды позволяют расширитьдиапазон и повысить точность измерений. Благодаря тому, что измерительные электроды датчика (основнойи смещенные) расположены симметрично,а смещенные электроды охватывают ос"новнай, уменьшается влияние изменений угла между направлением измеряемого перемещения и проводящей поверхностью, что повышает точность ирасширяет функциональные воэможностидатчика.. Задавая величины диэлектрическойфпроницаемости пластин Ьи заданныхсмещений дд, 4 Й , дй изменением ихтолщины, можно дополнительно расширить диапазон и точность измерения.При этом электроды могут быть смещены один относительно другого в нап"равлении измеряемого перемещения назаданное расстояние, равное толщинесоответствующей диэлектрической пластины, или находиться в одной плоскости (фиг.2), что позволяет уменьшить габариты датчика при обеспечениизаданной точности измерения,Вследствие изменения этих емкостей напряжения С 1., П , И . на электродах 2-4 датчика равны соответственно: 1 с(б)шСгде 1 - коэффициент пропорциональности о - круговая частота напряженияпитания.В результате измеряемое расстояние - зазор Й - определяется следующим выражением: Формула изобретения 1. Емкостный датчик расстояния до проводящей поверхности по авт.св, У 922498, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, первый смещенный дополнительный электрод выполнен с внутренним отверстием, равным по размерам внешним размерам основного электрода, а каждый последующий дополнительный электрод выполнен с внутренним отверстием, равным по размерам внешним размерам предыдущего дополнительного электрода. 402. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышенияпомехозащищенности, расстояния между 45основным и дополнительными электродами в направлении измеряемого перемещения пропорциональны толщине диэлектрических пластин, на внутренней,удаленной от контролируемого объектаповерхности которых размещены соответствующие электроды.50 3. Датчик по пп.1 и 2, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что расстояниямежду основным и дополнительнымиэлектродами в направлении измеряемогоперемещения пропорциональны величинедиэлектрической постоянной пластин,на которых размешены эти электроды.. Корректо ароши ПодписноСР Тираз 680 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаушЗаказ 3782 комитета ССи открытййкая наб д,5 оиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4