Емкостное устройство для измерения угловых перемещений

(19) (11) 1)56 01 В 7/30 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТ И ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ м, сосоиды нтриа являет овленная ерекосов кой сущ- мкостное АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) 1, Агейкин Д. И. Датчики контрОля ирегулирования, М.: Машиностроение, 1965,с, 204.2; Авторское свидетельство СССРМ 1502959, кл, 0 01 В 7/30, 1989,(54) ЕМКОСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного устройства дляизмерения угловых перемещений за счетувеличения коэффициента электрическойредукции. Это устройство содержит неподвижное дисковое диэлектрическое основание 1, на одной стороне которогоразмещены две пары потенциальных электродов 2, каждая из которых выполнена ввиде двух кольцевых полос с сопряженными Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляконтроля угловых перемещений.Известно емкостное устройство Я содержащее неподвижный дисковый электрод с двумя парами попарно сопряженных по синусоидальным линиям кольцевых полос и с тремя концентрическими проводящими полосами и подвижный дисковый электрод, на котором выполнены радиальные полосы,зубцами синусоидальной формы, имеющих й периодов повторения и связанных с четырехфазным генератором 3, На другой стороне основания закреплены секторообразные, радиально изолированные одна от другой электропроводные пластины 4, Передающий подвижный дисковый электрод 5 с секторообразными окнами, выполненными на части его поверхности с Й периодов повторения, размещен между основанием 1 и дополнительным диэлектрическим основанием 7, на одной поверхности которого закреплены дополнительные секторообразные пластины 8, а на другой - токосъемные электроды 9, которые выполнены в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих И+1 периодов повторения и подсоединенных через фазовращатели 10, 11, 12, 13 и сумматоры 14, 15 к фазоизмерительному блоку 16, На выходе сумматора 14. формируется сигнал грубого отсчета с коэффициентом электрической редукции, равным 1, а на выходе сумматора 15 формируется сигнал точного отсчета с коэффициентом электрической редукции 28-1,распределенные по окружности с шответствующим одному периоду снеподвижного электрода,.и три коческие проводящие полосы.Недостатком такого устройствся недостаточная точность, обуслвлиянием непараллельности или иего электродов.Наиболее близким по техничености к изобретению является еустройство для измерения угловых перемещений 2, содержащее установленный с возможностью углового перемещения дисковый электрод с секторообразными окнами, соосно установленное неподвижное диэлектрическое основание, на внутренней поверхности которого, обращенной к подвижному электроду, закреплены электро- проводные кольца, предназначенные для подключения в процессе измерений к фазочувствительному измерительному прибору, и.электрически изолированнЫе одна от другой электропроводные сеткообразные пластины, на обратной стороне основания размещены две пары потенциальных электродов, каждая из которых выполнена в виде кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, период повторения которых равен периоду размещения окон дискового электрода, а в процессе измерений к ним подсоединяют четырехфазный источник питания переменного тока.Недостатком такого устройства является недостаточная точность измерения.Целью изобретения является повышение точности устройства за счет увеличения коэффициента электрической редукции, .Цель достигается тем, что устройство для измерения угловых перемещений, содержащее неподвижное дисковое диэлектрическое основание; размещенные на его одной стороне две пары потенциальных электродов, а на другой стороне секторообразные, радиально изолированные одна от другой электропроводные пластины, расположенные по окружности основания и перекрывающие обе пары потенциальных электродов,каждая из которых выполнена в виде двух кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имею-. щих й периодов повторения, установленный с возможностью вращения соосно с неподвижным диэлектрическим основанием передающий дисковый электрод, имеющий секторообразные окна с таким же количеством И периодов повторения, неподвижные токосъемные электроды, а также подсоединенный к потенциальным электродам четырехфазный генератор и фазоизмерительный блок, снабжено дополнительным диэлектрическим основанием, которое установлено соосно и жестко связано с первым диэлектрическим основанием по другую сторону от передающего дискового электрода, размещенными на его стороне, обращенной к передающему электроду, дополнительными секторообразными радиально изолированными одна от другой электропроводными пластинами, число которых равно числу та 50 . на фиг, 4 - блок-схема устройства. Емкостное устройство для измеренияугловых перемещений содержит неподвижное диэлектрическое основание 1, на одной стороне которого размещены две пары по тенциальных электродов 2, каждая из которых выполнена в виде двух кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальнойформы, имеющих И периодов повторения исвязанных с четырехфазным генератором 3, а на другой стороне - секторообразные, ра 5 1020 25303540 ких же пластин на первом диэлектрическим основании, при этом токосьемные электроды размещены на другой стороне дополнительного основания и выполнены аналогично потенциальным электродам в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих И+1 периодов повторения, а также присоединенными между токосъемными электродами и фазоизмерительным блоком двумя парами фазовращателей и сумматоров, причем векторообразные окна на передающем электроде выполнены на части егоповерхности,Отличие предлагаемого устройства от известного заключается в том, что оно снабжено дополнительным диэлектрическим основанием, которое установлено соосно и жестко связано с первым диэлектрическимоснованием по другую сторону от передающего дискового электрода, размещенными на его стороне, обращенной к передающему электроду, дополнительными секторообразными, радиально изолированными одна от другой электропроводными пластинами, число которых равно числу таких же пластин на первом диэлектрическом основании, при этом токосъемные электроды размещены на другой стороне дополнительного основанияи выполнены аналогично потенциальным электродам в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих И+1) периодов повторения, а также присоединеннымимежду токосьемными электродами и фазоизмерительным блоком двумя парами фазовращателей и сумматоров, причем секторообразные окна на передающемэлектроде выполнены на части его поверхности,Такое устройство позволяет увеличить электрическую редукцию, обеспечивая тем самым одновременное формирование грубого и точного отсчетов, что и влияет наповышение точности,На фиг. 1 показано емкостное устройст- .во для измерения угловых перемещений; нафиг. 2 - передающий дисковый электрод; на фиг. 3 - элемент неподвижного электрода;1753256 диально изолированные одна от другойэлектропроводные пластины 4, передающий подвижный дисковый электрод 5 с секторообразными окнами 6, выполненнымина части его поверхности с И периодом повторения, дополнительное диэлектрическое основание 7 с размещенными на однойего стороне, обращенной к передающемуэлектроду 5, дополнительными секторообразными, радиально изолированными одна 10от другой электропроводными пластинами8, а на другойстороне дополнительного основания 7 выполнены токосъемные электроды 9, которые выполнены в виде двух паркольцевых полос с сопряженными зубцами 15синусоидальной формы, имеющих И+1 периодов повторения, и через фазовращатели10, 11, 12, 13 и сумматоры 14, 15 подсоединены к фазоизмерительному блоку 16,Устройство работает следующим обра-. 20зом,Две пары потенциальных электродов 2возбуждают сигналами О 1=0 оз и ж+0,02=0 оз 1 п йй +180, ОЗ=Ооз и йл+ 90, 04=8 пт+270 О. Для упрощения дальнейших математических выкладок примем, что радиуспотенциальных электродов В= оо, а секторообразные; радиально изолированные пластины имеют форму прямоугольныхплощадок. На каждой секторообразной, радиально изолированной друг от друга пластине 4 за счет емкостной связи наводитсясуммарный сигнал от двух пар потенциаль-ных электродов 2, при этом суммированиесигналов на каждой пластине 4 происходит 35с учетом фаз сигналов и площади пересечения этой пластины и двух пар потенциаль. ных электродов 2. 0 =2 Оо у - з 3 п(сот + Ма), . (1) Ла 40 45 Фазовращатели 12, 13 дополнительносдвигают фазы на О, 180, 270, 90 О, и суммарный сигнал с сумматора 15 записывается 50 следующим образом: 55 Таким образом, с сумматора 14 имеемсигнал, фаза которого за один оборот от 0 до 360 изменяется (2 Н) раз, а с сумматоа ра 15 - один раз, т,е. имеет место грубыйотсчет (редукция 1) и точный отсчет (редукция 2 М - 1), при этом электрическая редукция где 0 - суммарный сигнал на каждой секторообразной пластине 4;Оо - амплитуда возбуждающего сигнала;Ьа - ширина каждой секторообразной пластины 4 в угл, ед.:а - пространственный угол в угл. ед.; Й - количество периодов повторения на потенциальных электродах.Фаза сигналов при переходе от первой до и-й секторообразной пластины 4, расположенных над одним периодом потенциаль ных электродов 2., меняется от 0 до 360 Чем больше количество пластин 4, располо женных над одним периодом потенциаль ных электродов, тем более линейна эт зависимость,Необходимо отметить, что амплитуда сигналов на всех сфкторообразных пластинах 4 остается одинаковой, а,поменяв местами . сигналы, возбуждающие пару кольцевых полос потенциальных электродов 2, например 90 и 270 на 270 и 90 О, можно изменить напряжение нарастания фаз на противоположное, что в формуле(1) выражается тем, что Иа будет с минусом.За счет емкостной связи через секторообразные окна б передающего дискового электрода 5 сигналы с секторообразных пластин 4 с соответствующими фазами и с соответствующим направлением нарастания фаз поступают на дополнительные секторообразные пластины 8, наводя на них сигналы с такими же фазами и с таким же направлением нарастания фаз, Через емкостную связь сигналы с дополнительных сек-" торообразных пластин 8 попадают на токосъемные электроды 9, при этом одна секторообразная пластина 8 наводит на две пары кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы сигналы с фазой, присущей этой пластине, а амплитуда этих сигналов завйсит от площади пересечения этой пластины с каждой из полос токосьемных электродов 9. В дальнейшем эти сигналы с кольцевых полос токосъемных электродов 9 суммируют на сумматоре 14,. пРедварительно пропуская их через фазовращатели 10, 11, и на сумматоре 15, предварительно пропруская их через фазовращатели 12. 13. При этом фазовращатели 10, 11 включены тэк, что увеличивают уже имеющуюся фазу сигнала на секторообразной пластине 8 на (й) а, а фазовращатели 12, 13 уменьшают эту фазу сигнала на (й) а, Фазовращатели 10, 11 сдвигают фазы соответственно на О, 180. 90, 270, и суммарный сигнал с сумматора 14 записывается следующим образом О, = 40 О -2 - э и( ил+(2 Й) а 3,Ьа 0 =40, . зп(вт-а)Ьа2 мувеличивается почти в 2 раза без увеличения периодов повторения потенциальных электродов, в результате повышается точ ность устройства,формула изобретения 5 Емкостное устройство для измеренияугловых перемещений, содержащее неподвижное дисковое диэлектрическое основание, размещенные на его одной стороне две пары потенциальных электродов, а на дру гой стороне секторообразные, радиально изолированные одна от другой электропроводные пластины, расположенные по ок- .ружности основания и перекрывающие обе пары потенциальных электродов, каждая из 15 которых выполнена в виде двух кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих Й периодов по":.:".:вторения, установленный с возможностью вращения соосно с неподвижным диэлектрическим основанием передающий дисковый электрод, имеющий секторообразные окна с такйм же количеством Й периодов повторения, неподвижные токосьемные электроды, а также подсоединеный к потен , . циальным электродам четырехфазный генератор и фазоизмерительнй блок, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения коэффициента электрической редукции, оно снабжено дополнительным диэлектрическим основанием, которое установлено соосно и жестко связано с первым диэлектрическим основанием по другую сторону от передающего дискового электрода, размещенными на его стороне, обращенной к передающему электроду, дополнительными секторообразными радиально изолированными одна от другой электропроводными пластинами, число которых равно числу таких же пластин на первом диэлектрическом основании, при этом токосъемные электроды размещены на другой стороне дополнительного основания и выполнены аналогично потенциальным электродам в виде двух пар кольцевых полос с сопряженными зубцами синусоидальной формы, имеющих Й+1 периодов повторения, а также присоединенными между токосъемными электродами и фазоизмерительным блоком двумя парами фазовращателей и сумматоров, причем секторообразные окна на передающем электроде выполнены на части его поверхности,1753256гСоставитель Г,Кузан Редактор Т.Юрчикова Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп Заказ 2758 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1