DD271369A1 - Kapazitives neigungs- und ebenheitsmessgeraet - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmessgeraet, welches die Messung von Winkelabweichungen in einer Ebene mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit ermoeglicht. Die Aufgabe der Erfindung, Aenderung der Dieelektrizitaetskonstanten des fluessigen Mediums und Aenderung der Kammergeometrie im beschriebenen Neigungssensor infolge Temperaturaenderungen zu kompensieren, wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass innerhalb des Neigungsmessbereiches der aufgeteilten Messelektroden zusaetzliche Elektrodenbereiche, die wenigstens teilweise staendig mit der dielektrischen Fluessigkeit bedeckt, mit der Massgabe angebracht sind, dass diese bedeckten Flaechenbereiche flaechenmaessig mindestens so gross sind, wie die Haelfte der ins Dielektrikum eintauchenden Messelektrodenanteile und sie bei kleinstmoeglichem Umfang eine groesstmoegliche Flaeche aufweisen. Fig. 2

Description

Anhand beiliegender Figuren soll die Erfindung näher illustriert werden. Die Figuren zeigen dabei maßstäbliche Ausföhrungsbeispiel für einen auf einen bestimmten Winkelbereich von ±4° optimierten Sensor, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Kammer des kapazitiven Neigungssensors besteht aus zwei Kammerwänden mit den innen aufgebrachten Flächenelektroden und dem volumenbestiminenden Abstandsrahmen. Die Sensorelektroden 1 und 2 und die in diesem Beispiel als geschlossene Fläche ausgebildete Gegenelektrode 3 werden zur Hälfte von einem flüssigem Dielektrikum bedeckt, wobei die waagerechten Zwischenstriche in der Kammermitte dabei das Flüssigkeitsniveau des Dielektrikums in der Nullage bezeichnen. Ddπ h Drehung bzw. Neigung des kapazitiven Sensors ergibt sich eine winkelproportionale Kapazitätsänderung, die durch eine nachgeschaltete Elektronik in ein kalibriertes Spannungssignal umgesetzt wird. Durch die erfindungsgema'Je, vollständig ins Dielektrikum eingotauchte zusätzliche Referenzelektrode 4 werden kapazität&beeinflussende Parameter der Umgebung (Temperatur, Atmosphärendruck) als Kapazitätsänderung gemessen und elektronisch bei ücksichtigt. Auf diese Weise gelingt es, temperaturbedingte Winkelfehler und Langzeitdriften um eine Größenordnung auf 0,003%/Kzu senken.

Abhängend von den Materialeigenschaften des Dielektrikums, derart der Kammergestaltung und der Einsatzumgebung bringt eine erfindungsgemäße Zusatzelektrode, entsprechend Figur 2 gestaltet, zur Kompensation von meßv/ertverfälschenden Kapazitätsänderungen im Dampfraum und im dielektrikumgefüllten Kammerraum eine weitere Verringerung der Meßfehler.

Claims (2)

1. Kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät hoher Empfindlichkeit unter Verwendung einer Elektrodenpaarung vom Typ eines Differentialkondensators zwischen dessen Elektroden sich wenigstens teilweise eine dielektrische Flüssigkeit befindet, die keine bzw. geringe Benetzungsfähigkeit der Elektroden aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb des Neigungsmeßbereiches der aufgeteilten Meßelektroden zusätzliche Elektrodenbereiche, die wenigstens teilweise ständig mit der dielektrischen Flüssigkeit bedeckt, mit der Maßgabe angebracht sind, daß diese bedeckten Flächenbereiche flächenmäßig mindestens so groß sind, wie die Hälfte der ins Dielektrikum eintauchenden Meßclektrodenanteile und sie bei kleinstmöglichem Umfang eine größtmögliche Fläche aufweisen.

2. Kapazitives Neigungs- und toenheitsmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die nichtf lüssigkeitsbedeckten Elektrodenbereiche — elektrisch verbunden mit den flüssigkeitsbedeckten Elektrodenbereichen gleicher Polarität — vorzugsweise mit derselben Bemaßungsmaßgabe, symmetrisch zu diesen bedeckten Bereichen ausgebildet sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft t^;n kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät mit dem neigungs-, Ebenhoits- und Winkelmessungen relativ zum Gravitationsvektor der Erde mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit möglich sind. Derartige Meßaufgaben bestehen beispielsweise im Berg- und Straßenbau.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Meßgeräte der genannten Art sind bekannt und es gibt dazu zahlreiche Vorschläge. Zur Umreißung des Gebietes des Standes der Technik in das diese Erfindung fällt, sollen beispielhaft folgende Patentschriften genannt sein: EP 035.340; DD 212.000; DD 212.001; DD 114.677; SU 794.210; DE 3.608.274; 3.249.101; 3.406.174; US 4.023.278; GB 2.070.774. Der Erfindung am nächsten kommt hierbei diu in DD 226.C68 beschriebene Lösung, bei der eine nichtleitende Flüsigkeit mit zeitlich- und temperaturkcnstantem Dielektrizitätswert, einem guten Benetzungs'vermögen, geringer Neigung zur Schaumbildung und optimaler Viskosität im Zwischenraum zweier symmetrischer Elektrodenpaare angeordnet ist. Die Elektrodenpaare sind dabei nach dem Prinzip eines Differentialkondensetors ausgebildet. Das Problem bei dieser Lösung besteht in den an das flüssige dielektrische Medium gestellten Forderungen, die noch um eine wesentliche, nämlich ein Medium mit niedrigem Dampfdruck zu wählen, erweitert werden muß. Derartig ideale Medien existieren nicht. Insbesondere ergeben sich bei Einsatz eines solchen Neigungssensors innerhalb größerer Temperaturbereiche (240-320 K) erhebliche Probleme infolge der Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten des flüssigen Mediums und der Kammergeometrie, die, da auch die Verwendung eines Differentiulkondensators diesen Effekt nicht eliminieren kann, zu Fehlmessungen führ.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Neigungsmeßgerät zu schaffen, das mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit die Messung in großen Temperaturbereichen ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Änderungen der Dielektrizitätskonstanten eines flüssigen Mediums und Änderung der Kammergeometrie im genannten Neigungssensor infolge Temperatii 'änderungen zu kompensieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb des Neigungsmeßberfeiches der aufgeteilten Meßelektroden zusätzliche Elektrodenbereiche, die wenigstens teilweise ständig mit der dielektrischen Flüssigkeit bedeckt, mit der Maßgabe angebracht sind, daß diese bedeckten Flächenbereiche flächenmäßig mindestens so groß sind, wie die Hälfte der ins Dielektrikum eintauchenden Meßelektrodenanteile und sie bei kleinstmöglichem Umfang eine größtmögliche Fläche aufweisen, wobei die letzte Maßnahme keine Bi schränkung auf kreisförmige Flächen bedeutet, sondern sie bezieht sich auf die, durch die spezielle Bauform des Sensors rea'isk rbaren Elektrodenflächen. Eine im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhafte Referenzelektrodengestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die nichtflüssigkeitsbedeckten Elektrodanbereiche — elektrisch verbunden mit den flüssigkeitsbedeckten Elektrodenbereichen gleicher Polarität — vorzugsweise mit derselben Bemaßungsmaßgabe, symmetrisch zu diesen bedeckten Bereichen ausgebildet sind. Mit Hilfe der Erfindung gelingt es, temperaturbedingtöWinkelfehlei mit Langzeitdriften um eine Größenordnung bezogen auf den Stand der Technik auf 0,003%/K zu senken.