RU1793198C

RU1793198C - Capacitive sensor for checking dimensions and shape of openings

Info

Publication number: RU1793198C
Application number: SU904819081A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Петрович Коломиец; Лилиана Геннадиевна Кузнецова; Александр Григорьевич Мазуренко; Сергей Дмитриевич Тарасенко
Original assignee: Киевский Технологический Институт Пищевой Промышленности
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1993-02-07

Abstract

I/1 зобретение относитс к измерительной т хнике. Цель - повышение точности емкостного датчика дл контрол размеров и фор идент мы отверстий. Датчик содержит два ичных кольцевых измерительных электрода, которые расположёны соосно. Электрически Изолированный от них электропроводный экран с кольцевым наружным выступом, выполненным в его центральной части, установлен в зазоре между измерительными электродами. Два предохранительных электрода закреплены на концах экрана. Измерительные электроды выполнены в виде хот бы двух пар изолированных одна от другой сегментных частей, длина которых превышает ширину кольцевого выступа экрана. Диаметр предохранительных электродов превышает диаметр измерительных электродов. В экране выполнено сквозное аксиальное отверстие, закрытое с обоих концов пробками с выполненными в них аксиальными направл ющими отверсти ми. Установочна струна размещена в направл ющих отверсти х пробок. 3 ил. ел сI / 1 acquisition relates to measurement technology. The goal is to increase the accuracy of the capacitive sensor to control the size and shape of the holes. The sensor contains two egg ring measuring electrodes, which are located coaxially. An electrically conductive screen electrically insulated from them with an annular external protrusion made in its central part is installed in the gap between the measuring electrodes. Two safety electrodes are fixed at the ends of the screen. The measuring electrodes are made in the form of at least two pairs of segmented parts isolated from one another, the length of which exceeds the width of the annular protrusion of the screen. The diameter of the safety electrodes exceeds the diameter of the measuring electrodes. A through axial hole is made in the screen, closed at both ends by plugs with axial guide holes made therein. The set string is located in the guide holes of the plugs. 3 ill. ate with

Description

ИAND

обретение относитс к измерительной технике и может быть использовано при измерении рассто ний до криволинейныхacquisition refers to the measuring technique and can be used to measure distances to curvilinear

ностей, например при контроле диа- глубоких отверстий или внутреннего ра труб, а также при определенииfeatures, for example when checking the deep holes or the inner pipe racks, as well as when determining

повер: метра диаме разме ов отверстий овальной формы.rev: meter diameter holes oval.

И;AND;

НИИ,Research institutes

вестей емкостный датчик перёмещекоторый содержит неподвижные ци- линд ические внешние электроды с различной площадью поверхности и внутренний цилиндрический сплошной электрод , между которыми коаксиально размерены два секционированных экрана, выполненных идентично, но один из них подвихен и сочлен етс в процессе измерени с контролируемым объектом, а другой неподнижно закреплен через изол торы на поверхности внутреннего электрода. Наличие сослененного с контролируемым объектом подвижного экрана усложн ет конструкцию и снижает точность устройства.A capacitive displacement transducer, which contains fixed cylindrical external electrodes with different surface areas and an inner cylindrical solid electrode, between which two sectioned screens are identical, are coaxially sized, but one of them is twisted and articulated with a controlled object during the measurement, and the other fixed securely through insulators on the surface of the inner electrode. The presence of a movable screen coupled to a controlled object complicates the design and reduces the accuracy of the device.

Наиболее близким техническим решением к данйому изобретению вл етс датчик дл контрол размеров и формы отверстий, содержащий два идентичных соосно расположенных и аксиально разнесенных кольцевых измерительных электрода, коаксиально размещенный в них и электрически от них изолированный электропроводный экран с кольцевым наружным выступом, выполненным в его Центральной части и установленным в зазоре между измерительными электродами, и два предохранительных электрода, закрепленных на концах экрана.The closest technical solution to this invention is a sensor for monitoring the size and shape of the holes, containing two identical coaxially spaced and axially spaced annular measuring electrodes, coaxially placed in them and electrically isolated from them an electrically conductive screen with an annular outer protrusion made in its Central part and installed in the gap between the measuring electrodes, and two safety electrodes mounted on the ends of the screen.

Однако это устройство имеет узкий диапазон измерений, значительную погрешность при измерении овальных отверстий.However, this device has a narrow measurement range, a significant error in the measurement of oval holes.

4 ЧЭ4 SE

САCA

Ч 00H 00

отсутствует взаимозамен емость узлов, снижена производительность измерений.there is no interchangeability of nodes, the measurement performance is reduced.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Дл достижени поставленной цели в емкостном датчике дл контрол размеров и формы отверстий, содержащем два идентичных соосно расположенных и аксиально разнесенных кольцевых измерительных электрода, краксиально размещенный в них и электрически от них изолиррваквый электропроводный экран с кольцевым наружным выступом, выполненным в его центральной части и установленным в зазр- ре между измерительными электродами, и два предохранительных электрода, закреплённых на концах экрана, измерительные электроды выполнены в виде не менее, чем двух пар изолированных одна от другой сегментных частей, длина которых превышает ширину кольцевогб выступа экрана, дизг метр предохранительных электродов пре- вышает диаметр измерительных электродов, в экране выполнено сквозное аксиальное отверстие, закрытое с обоих концов пробками с выполненными в них аксиальными направл ющими отверсти ми , а датчик снабжен установочной струной, размещенной в направл ющих отверсти хTo achieve the goal in a capacitive sensor for monitoring the size and shape of the holes, containing two identical coaxially spaced and axially spaced annular measuring electrodes, coaxially placed in them and electrically insulated from them, an electrically conductive screen with an annular outer protrusion made in its central part and installed in gap between the measuring electrodes, and two safety electrodes mounted on the ends of the screen, the measuring electrodes are made in the form of at least We take two pairs of segmented parts isolated from one another, the length of which exceeds the width of the annular protrusion of the screen, the dysmeter of the safety electrodes exceeds the diameter of the measuring electrodes, the through axial hole is made in the screen, which is closed at both ends with plugs with axial guide holes , and the sensor is equipped with an installation string placed in the guide holes

пробок; ,:; :(;JV .traffic jams; ,:; :(; JV.

На фиг. 1 изображен общий вид датчика, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З - схема электрических соединений датчика,In FIG. 1 shows a General view of the sensor, a longitudinal section; figure 2 - cross section aa in fig. 1; in Fig.3 is a diagram of the electrical connections of the sensor

Датчик дл контрол размеров и формы отверстий состоит из двух измерительных электродов 1 и 2, электропроводного заземленного экрана 3, двух изол ционных втулок 4, а также двух предохранительных электродов 5 в виде колец. Каждый измери- тельный электрод (1 иди 2) набран из четырех идентичных сегментных полосок 6-9, выполненных в виде 1/4 части поверхности кольцеобразного цилиндра.The sensor for monitoring the size and shape of the holes consists of two measuring electrodes 1 and 2, an electrically conductive grounded shield 3, two insulating sleeves 4, and two safety electrodes 5 in the form of rings. Each measuring electrode (1 go 2) is composed of four identical segmented strips 6-9, made in the form of 1/4 of the surface of the annular cylinder.

Электропроводный экран 3 выполнен в виде цилиндра с кольцеобразным цилиндрическим экранирующим выступом Юпосе- редине. По обеим кра м экран 3 имеет участки 11 с резьбой дл установки предохранительных электродов 5 и прижимных гаек 12, а в выступе 10 - отверстие 13 под штифт. По продольной оси экран 3 имеет сквозное отверстие 14, предназначенное дл пропускани проводов 15 электрического соединени и центрирующей струны 16. К измерительным электродам 1 и 2 провода 15 подведены по каналам 17 в теле экрана 3 и втулок 4. Эти втулки имеют цилиндрическую поверхность с выступами 18 по кра м. Они соосно расположены и аксиально разнесены по обе стороны от выступа 10 электропроводного экрана 3. Точное взаимное расположение втулок 4 на экране 3 обеспечиваетс штифтом 19.The electrically conductive screen 3 is made in the form of a cylinder with an annular cylindrical shielding protrusion of Yuposeredin. On both edges, the shield 3 has threaded sections 11 for mounting the safety electrodes 5 and the compression nuts 12, and in the protrusion 10 there is a pin hole 13. The screen 3 has a through hole 14 along the longitudinal axis, designed to pass the wires 15 of the electrical connection and the centering string 16. To the measuring electrodes 1 and 2, the wires 15 are connected through channels 17 in the body of the screen 3 and bushings 4. These bushes have a cylindrical surface with protrusions 18 along the edges. They are coaxially arranged and axially spaced on both sides of the protrusion 10 of the conductive screen 3. The exact relative position of the bushings 4 on the screen 3 is provided by a pin 19.

В каждом выступе 18 соосно выполнено по четыре сквозных ступенчатых отверсти 20 дл фиксации сегментных полосок 6-9 на втулке 4 посредством, например, винтов 10. С этой целью в обоих торцах полосок 6-9 по продольной оси и среднему радиусу сегмента имеетс по одному глухому отверстию 21 с резьбой. ,.;.;; .In each protrusion 18, four through-step openings 20 are coaxially made for fixing the segmented strips 6-9 on the sleeve 4 by means of, for example, screws 10. For this purpose, there is one blind one in both ends of the strips 6-9 along the longitudinal axis and the average radius of the segment threaded hole 21. ..;. ;; .

Обе предохранительных электрода 5 выполнены в форме цилиндра малой высоты с резьбовым отверстием по центру и каждый из них имеет наружный диаметр незначительно больше, чем наружный диаметр измерительных электродов, что позвол ет предотвращать паразитное замыкание измерительного пол датчика при контакте с электропроводной поверхностью объекта 22 контрол , а также способствует быстрому Центрированию датчика в измер емом отверстии ./; :,,.- v- : Both safety electrodes 5 are made in the form of a cylinder of small height with a threaded hole in the center and each of them has an outer diameter slightly larger than the outer diameter of the measuring electrodes, which helps to prevent stray circuit of the measuring floor of the sensor in contact with the electrically conductive surface of the control object 22, and also facilitates quick centering of the sensor in the measured hole ./; : ,, .- v-:

При измерении глубоких отверстий, например проходного сечени пр мых труб, целесообразно использовать центрирующую струну 16, котора располагаетс в калибровочном отверстии 23 пробок 24, закрепленных с обоих торцов экрана 3 гайками 12. /;- :;; Ч :-. :-- : -.: When measuring deep holes, for example, the straight section of the straight pipes, it is advisable to use a centering string 16, which is located in the calibration hole 23 of the plugs 24, fixed on both ends of the screen 3 with nuts 12. /; -: ;; H: -. : -: - .:

Если измерение производ т с использованием центрирующей струны 16, то вначале ее пропускают через гайку 12, калибровочное отверстие 23 в пробке 24 и сквозное отверстие 14, затем через другое калибровочное отверстие 23 в пробке 24 и гайку 12, после чего пробки 24 прижимают гайками 12 к торцам экрана 3.If the measurement is made using a centering string 16, then it is first passed through a nut 12, a calibration hole 23 in the plug 24 and a through hole 14, then through another calibration hole 23 in the plug 24 and nut 12, after which the plugs 24 are pressed with nuts 12 to ends of the screen 3.

Емкостный Датчик работает следующим образом.Capacitive Sensor works as follows.

Датчик помещают в измер емое отверстие , закрепл ют неподвижно и подключают к источнику питани напр жени переменного тока с помощью коммутационного устройства, организуют подачу напр - .жени к двум противоположным сегментным полоскам, например полоскам 6 и 7, измерительных электродов 1 и 2 высокого и низкого потенциала. При этом друга пара (полосок 8 и 9). а также экран 3, предохранительные электроды 5 и электропроводный объект 22 контрол заземлены (фиг.З). В зависимости от рассто ни (зазора ) между наружной поверхностью измерительных электродов датчика и электропроводной поверхностью объекта 22 контрол измен етс величина емкости между электродами 1 и 2. По величине этой емкости суд т об измер емом диаметре вThe sensor is placed in the measuring hole, fixed motionless and connected to an AC voltage power source using a switching device, arrange voltage supply to two opposite segmented strips, for example strips 6 and 7, measuring electrodes 1 and 2 high and low potential. In this case, another pair (strips 8 and 9). as well as the screen 3, the safety electrodes 5 and the conductive object 22 of the control are grounded (Fig.Z). Depending on the distance (gap) between the outer surface of the measuring electrodes of the sensor and the electrically conductive surface of the object 22 of the control, the value of the capacitance between the electrodes 1 and 2 changes. The measured diameter

плоскости, проход щей по оси датчика или контролируемого отверсти через середину полосок 6 и 7. Величину емкости регистрируют , после чего напр жение подвод т к полоскам 8 и 9 обоих измерительных электродов , а полоски 6 и 7 заземл ют и определ ют величину ёмкости, по которой суд т о диаметре отверсти в плоскости, проход ще и через середину полосок 8 и 9. Таким образом определ ют диаметр в двух взаимно перпендикул рных плоскост х, по кото- рьм суд т о форме отверсти , т.к. при ра зенстве диаметров отверстие имеет формуthe plane passing along the axis of the sensor or the controlled hole through the middle of strips 6 and 7. The value of the capacitance is recorded, after which the voltage is applied to the strips 8 and 9 of both measuring electrodes, and the strips 6 and 7 are grounded and the capacitance is determined by which is judged by the diameter of the hole in the plane passing through the middle of the strips 8 and 9. In this way, the diameter is determined in two mutually perpendicular planes, from which the shape of the hole is judged, because when the diameters are different, the hole has the form

круглую, а при существенном отличииround, and with a significant difference

овальную. При измерении глубоких отвер- CTI 1й (внутреннего диаметра труб) используют центрирующую струну 16, которую предварительно пропускают через датчик и ус ювный центр контролируемого отверсти . Если на измер емой поверхности имеютс отложени (накипь), то с помощью дагчика определ ют проходное сечение.oval. When measuring deep holes CTI 1st (inner diameter of pipes), a centering string 16 is used, which is preliminarily passed through the sensor and the center of the controlled hole. If deposits (scale) are present on the surface to be measured, then the cross section is determined using a probe.

Не менее чем п тикратное превышение дл лны сегментных полосок над шириной эк0At least five times the length of the segmented strips over the width of the ek0

55

00

55

рэнирующего кольцевого наружного выступа экрана между измерительными электродами обеспечивает отсутствие вли ни колебаний длины сегментных полосок на величину номинальной емкости датчика (погрешность не превышает 0,08%), что позвол ет практически исключить требование к точному обеспечению заданных геометрических параметров сегментных полосок (измерительных электродов). Это существенно упрощает производство датчиков и снижает их себестоимость при надежном обеспечении номинальной функции преобразовани при массовом производстве датчиков.The regenerating annular outer protrusion of the screen between the measuring electrodes ensures that the length of the segment strips does not fluctuate on the value of the nominal capacitance of the sensor (the error does not exceed 0.08%), which virtually eliminates the requirement to accurately ensure the given geometric parameters of the segment strips (measuring electrodes). This greatly simplifies the production of sensors and reduces their cost while reliably ensuring the nominal conversion function in mass production of sensors.

Использование предохранительных (охранных ) колец с диаметром, превышающим наружный диаметр экранирующего выступа и незначительно меньшим наименьшего диаметра контролируемого отверсти , позвол ет значительно ускорить центрирование датчика в измер емом отверстии, а следовательно , повысить производительность измерений .The use of safety (guard) rings with a diameter exceeding the outer diameter of the shielding protrusion and slightly smaller than the smallest diameter of the controlled hole allows one to significantly accelerate the centering of the sensor in the measured hole and, therefore, increase the measurement performance.

Claims

Formula of the invention A capacitive sensor for monitoring the size and shape of the holes, containing two identical coaxial, axially spaced from the ring measuring electrodes, coaxially placed in them and electrically isolated from them, electrically conductive i screen with an annular outer protrusion made in its Central part and installed in the gap between the measuring electrodes, and two safety electrodes mounted on the ends of the screen, characterized in that, for the purpose of

to increase accuracy, the measuring electrodes are made in the form of at least two pairs of segmented parts isolated from one another, the length of which exceeds the width of the annular protrusion of the screen, the diameter of the safety electrodes exceeds the diameter of the measuring electrodes, a through axial hole is made in the screen, closed at both ends with plugs made in axial guide holes, and the sensor is equipped with an installation string located in the guide holes of the plugs.