專利名稱：電容式扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種扭矩測量技術(shù)，尤指一種電容式扭矩傳感器。
在現(xiàn)代科學技術(shù)中，測量扭矩的方法很多，常用的有電阻應(yīng)變式、電磁式、光電式等。《非電量電測工程手冊》∥徐國富等∥機械工業(yè)出版社-P867上公開了一種電容式扭矩傳感器，它是利用扭矩改變電容極板之間間隙或有效面積，引起電容量變化來測量扭矩大小的。結(jié)構(gòu)原理如

圖1、圖1A、圖1B所示。
傳感器由彈性軸1，套管2，電容器極板3、4組成。極板3、4形狀完全相同，其上開8個扇形孔，每個扇形孔的夾角為22.5°。極板4固定在軸1的X端，極板3固定在套管2靠近X的一端，與極板4同軸且相對平行，中間保持間隙構(gòu)成一個可變電容器。套管2的另一端固定在軸1的Y端。極板3、4各引出一條導(dǎo)線接電容電橋6。
當軸1不承受扭矩(無負載)時，兩極板上的扇形孔相互錯開11.25°，此時電橋平衡。當對軸1施加扭矩M時，兩極板相對轉(zhuǎn)動一個角度，孔對孔的重疊面積改變，使兩極板之間的電容量改變，電橋失去平衡，輸出信號u經(jīng)放大、變換、數(shù)據(jù)處理，最后以數(shù)字形式顯示出扭矩M的大小。
由于這種傳感器是利用電容的絕對變化量來測量扭矩，引線電容、邊緣效應(yīng)以及其他雜散電容對測量精度影響很大。
本發(fā)明的目的是提供一種新型電容扭矩傳感器，利用電容量的相對變化測量扭矩，提高測量精度。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，彈性軸上連接有容柵式位移傳感器，容柵式位移傳感器是指一種柵形電容器式位移傳感器，它的發(fā)送電極(供電電極)由多個金屬箔制成的極片按節(jié)距排列而成(每個節(jié)距至少有3片)，一個節(jié)距內(nèi)的每個極片上饋接幅度、頻率相同而相位各異的電信號;接收電極也由若干金屬箔片排列而成，兩電極組成柵形電容器，其中，一個極板與彈性軸的一端剛性連接，另一極板通過套管或其它過渡件與彈性軸另一端剛性連接，由兩極板感受彈性軸的扭轉(zhuǎn)變化和彎曲變化，從而達到測量扭矩的目的。
由于本發(fā)明，用容柵位移測量技術(shù)代替直接測量電容量的絕對大小，即利用電容量的相對變化和節(jié)距的累加測量扭矩，消除了雜散電容等的影響，提高了分辨率和測量精度。
下面對照附圖進一步說明本發(fā)明圖1為現(xiàn)有技術(shù)原理示意1A為圖1發(fā)送電極結(jié)構(gòu)示意1B為圖1接收電極結(jié)構(gòu)示意2為由角位移傳感器構(gòu)成的扭矩傳感器原理示意2A為圖2發(fā)送電極結(jié)構(gòu)示意2B為圖2接收電極結(jié)構(gòu)示意3為由線位移傳感器構(gòu)成的扭矩傳感器原理示意圖如圖2、圖2B、圖2A所示，接收電極和發(fā)送電極由多個金屬箔制成的極片按節(jié)距排列而成，接收電極3呈輪輻狀，每一輪輻為半個接收節(jié)距，這里共5個節(jié)距。發(fā)送電極4有40個扇形極片，分成5組，每組8片構(gòu)成一個節(jié)距，節(jié)距內(nèi)各極片按順序編號，然后將序號相同的極片(如1號極片)并聯(lián)引出一條導(dǎo)線接驅(qū)動輸出8的相應(yīng)端(如1端)。
環(huán)狀耦合電極5和發(fā)送電極4做在同一塊電極板的同一平面上，它們之間由接地環(huán)隔開。
將接收電極板3和發(fā)送電極板4分別相對固定在套管2和彈性軸1的一端，中間間隔保持在0.15mm以內(nèi)，傳感器的工作是靠彈性軸的角變形和發(fā)送電極、接收電極、耦合電極之間形成的電容耦合傳遞信號來完成的。
來自振蕩器6、相位變換器7和驅(qū)動輸出8的幅度、頻率相同而相位各差45°的8路信號送到發(fā)送電極4的8條引線上，通過電容耦合在接收電極3上形成一個合成信號。合成信號的相位與接收電極3和發(fā)送電極4之間的相對角位移成正比。當相對角位移再移過一個節(jié)距時，合成信號相位轉(zhuǎn)360°，移多個節(jié)距，信號轉(zhuǎn)多個360°，實現(xiàn)節(jié)距累加。當軸1上加扭矩M時，電極3和4相對轉(zhuǎn)動一個角度，因而改變合成信號的相痊。經(jīng)耦合電極5將信號送到電路9、10、11、12中測出合成信號相位的變化量，經(jīng)運算處理由譯碼顯示部分13給出扭矩M值來。
在這里，只要發(fā)送電極4的各極片之間與接收電極3的耦合強度是相等的;只要引線電容、邊緣效應(yīng)和其他雜散電容對發(fā)送電極4各極片與接收電極3之間的電容量影響是一致的，整個發(fā)送電極與接收電極之間的耦合強度變化和引線電容、邊緣效應(yīng)及其他雜散電容等對測量結(jié)果就不會有影響。所以這種利用發(fā)送電極各極片與接收電極之間電容量的相對變化測量扭矩，比直接測量電容量的絕對大小要好的多。由于采用多個(這里為5個)發(fā)送節(jié)距并聯(lián)，使發(fā)送電極各極片與接收電極間耦合強度的相對不平衡得到補償，可使測量精度進一步提高。
本發(fā)明所涉及的扭矩傳感器，既可使用容柵式角位移傳感器，也可使用容柵式線位移傳感器，結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。容柵式線位移傳感器的發(fā)送電極片4和接收電極3都是矩形，并且排成一條直線。此扭矩傳感器主要由彈性彎曲軸1、剛性支撐板2、發(fā)送電極片4、接收電極片3和耦合電極5組成。其測量原理如前所述。
權(quán)利要求
1.一種電容式扭矩傳感器，由彈性軸及電容式位移傳感器構(gòu)成，其中，電容位移傳感器的一個電極板與彈性軸的一端剛性連接，另一電極板通過套管或其它過渡件與彈性軸剛性連接，其特征在于電容位移傳感器為容柵式位移傳感器，其發(fā)送電極由多個金屬箔制成的極片按節(jié)距排列而成，一個節(jié)距內(nèi)的每個極片上饋接幅度、頻率相同而相位各異的電信號，接收電極也由若干金屬箔片制成的極片按節(jié)距排列而成，兩電極組成柵形電容器。
2.由權(quán)利要求1所述的電容式扭矩傳感器，其特征在于發(fā)送電極由多個節(jié)距并聯(lián)制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型電容式扭矩傳感器，用電容量的相對變化和節(jié)距的累加測量扭矩，消除了雜散電容等的影響，提高了分辨率和測量精度。
文檔編號G01L1/14GK1090390SQ9310025
公開日1994年8月3日 申請日期1993年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月13日
發(fā)明者馬禮耀, 郭霄峰, 石玉良 申請人:北京峰光科技開發(fā)公司