Емкостные ИП углового перемещения

Емкостные ИП углового перемещения 
 

Курсовой  проект

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                                                    1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ИП  
 

• Конструктивные  схемы емкостных преобразователей  выполняются различных вариантах  в зависимости от области  применения. При измерении уровней жидких и сыпучих тел находят применение цилиндрические или плоские конденсаторы, емкость которых характеризуется уровнем х и зависит от диэлектрических проницаемостей жидкости , изоляции  и воздуха .

  

• Для измерения  толщины х ленты 3 из диэлектрика  с  (см. Рис. 11, б) ее протягивают между  электродами 1 и 2, расстояние межу которыми . Емкость конденсатора будет C=s/[( -x)/ +x/ , где -диэлектрическая проницаемость воздуха.
• Для измерения малых перемещений (до единиц микрометров), а также точного измерения быстроменяющихся сил и давлений  применяются дифференциальные емкостные преобразователи с  переменным зазором (Рис. 11,в). Средний электрод конденсатора укреплен на упругом элементе (мембране, упругой пластинке, растяжках) между неподвижными электродами 1 и 2.

  

                 Рассматриваемая схема может быть использована в приборах уравновешивания. Для этого усиленный сигнал с конденсатора после фазочувствительного детектирования может быть подан на обкладки 1 и 2, вследствие чего на средний электрод будет  действовать электростатическая сила, уравновешивающая измеряе­мую силу. На Рис. 11, г и д показаны схемы устройства  емкостных преобразователей с переменной площадью. В схеме на Рис. 11, г диэлектрик 1 перемещается по стрелке, а в схеме на Рис. 11, д один из электродов 2 жестко связан с валом и  совершает угловые перемещения относительно неподвижного электрода 1. Возможные области применения датчиков (в том числе и емкостных) чрезвычайно разнообразны, можно выделить лишь отдельные сферы:

• промышленная техника измерения и регулирования,
• робототехника,
• автомобилестроение,
• бытовая техника,
• медицинская техника.

                 Применимость того или иного датчика в этих сферах  определяется прежде всего отношением цена/эф­фективность. При промышленном применении опре­деляющим фактором является погрешность, которая при регулировании процессов должна составлять 1...2%, а для задач контроля - 2...3%. В этих слу­чаях цены датчиков превышают 100 евро. Для специальных применений в области робо­тотехники и медицинской техники цены датчиков мо­гут достигать даже уровня 10...100 тыс. евро. Благодаря внедрению новых технологий изготовления (высоковакуумное напыление, распыле­ние, химическое осаждение из газовой фазы, фотоли­тография и т. д.) и новых материалов непрерывно расширяются сферы применения датчиков, недоступ­ные ранее из-за их высокой цены.

2. ИНКЛИНОМЕТРЫ.  
 

• Инклинометр (датчик крена) представляет собой дифференциальный емкостной преобразователь наклона, включающий в себя чувствительный элемент  в форме капсулы. (Рис 1)

 
 
 
 
 
 
 

     

                  

              (Рис. 1) Устройство емкостного инклинометра. 

  

          

              Капсула состоит из подложки с двумя планарными электродами 1, покрытыми изолирующим слоем, и герметично закрепленным на подложке корпусом 2. Внутренняя полость корпуса частично заполнена проводящей жидкостью 3, которая является общим электродом чувствительного элемента. Общий электрод образует с планарными электродами дифференциальный конденсатор. Выходной сигнал датчика пропорционален величине емкости дифференциального конденсатора, которая линейно зависит от положения корпуса в вертикальной плоскости.

             Инклинометр спроектирован так, что имеет линейную зависимость выходного сигнала от угла наклона в одной – так называемой рабочей плоскости и практически не изменяет показания в другой (нерабочей) плоскости, при этом его сигнал слабо зависит от изменения температуры. Для определения положения плоскости в пространстве используется два, расположенных под углом 90° друг к другу инклинометра.

             Малогабаритные инклинометры с электрическим выходным сигналом, пропорциональным углу наклона датчика, являются сравнительно новыми приборами. Их высокая точность, миниатюрные размеры, отсутствие подвижных механических узлов, простота крепления на объекте и низкая стоимость делают целесообразным использовать их не только в качестве датчиков крена, но и заменять ими угловые датчики, причем не только на стационарных, но и на подвижных объектах.

  

• Датчики угловых  перемещений имеют высокую точность. Бывают 3 исполнений:

    Со встроенными подшипниками и муфтой статора RCN, RON, RPN 
 
 
 
 

   Со встроенными подшипниками                          Без подшипников ERP, ERA, ERM

      без соединительной муфты ROD 

3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ  
 

Принцип работы:

    В качестве чувствительного элемента емкостного датчика угла поворота используется дифференциальный конденсатор. Его конструкция может быть достаточно произвольной. Варианты представлены на рис. 1, 2. Емкость каждого из плеч может быть небольшой - порядка десяти пикофарад, но необходимо, чтобы относительное изменение емкостей было как можно большим. 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

•  (Рис. 1.) Конструкция чувствительного элемента емкостного датчика угла отклонения зеркала сканера: 1 - основание сканера, 2 - зеркало сканера на торсионе (соединено с общим проводом), 3 - пластины дифференциального конденсатора (изолированы от основания и зеркала).

  

    (Рис. 2.) Конструкция чувствительного элемента емкостного датчика угла поворота:                                  1 - крепежный винт,

    2 - статор (стеклотекстолит),                 3 - обкладки статора (медная фольга),                                    4 - изолирующая прокладка (полиэтиленовая пленка толщиной 0.1 мм),

     5 - обкладки ротора, соединенные перемычкой (медная фольга),

     6 - ротор (стеклотекстолит),

     7 - гайка.

  

4. ПРЕЦИЗИОННЫЕ ДАТЧИКИ УГЛА ПОВОРОТА, ЕМКОСТНЫЕ, БЕСКОНТАКТНЫЕ .  
 

• Модель 88600:
• Измерительные диапазоны до 160°,
• Высокая линейность - до 0.05% полной шкалы,
• Бесконтактный принцип измерений,
• Интегрированный измерительный усилитель
• Высокопрочные, не требуют обслуживания,
• Очень малый момент инерции
• Специальные версии доступны по запросу

  
 

          Данные емкостные датчики угла поворота с интегрированным измерительным усилителем питаются постоянным напряжением от источника питания и имеют на выходе сигнал по постоянному напряжению, пропорциональный углу поворота вала. Вал может поворачиваться по, или против часовой стрелки с допустимой угловой скоростью до 18 000 о/сек (опция). В датчиках угла поворота применен дифференциальный поворотный конденсатор для преобразования угла в электрическое напряжение. В его состав входит микроэлектроника задающего генератора, демодулятора и усилителя. Выходной сигнал можно использовать непосредственно или подавать его на оборудование управления процессами. Подача питания и передача измерительных сигналов в пределах чувствительного элемента осуществляется бесконтактным способом. Поэтому, данные датчики угла поворота не требуют обслуживания. Точные роликовые подшипники обеспечивают данным датчикам угла очень большой ресурс.

           Функционально значимые части датчиков изготовлены из материала без остаточных деформаций и защищены от коррозии.