DE2149881B1 - CAPACITIVE ENCODER - Google Patents
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Description
In Weiterbildung der Erfindung wird vorzugsweise ein endloses zwischen Rollen ausgespanntes Band benutzt. Eine derartige Ausführung kann z. B. als Einstellorgan eines selbsttätigen Kompensationsgerätes zur Strom- und Spannungsmessung vorgesehen werden, wobei das Gebersignal mit dem Meßsignal verglichen und die Differenz zur Steuerung eines mit dem Abgriff gekoppelten Stellmotors herangezogen wird, der den Geber so einstellt, daß die Signaldiffe- In a further development of the invention, an endless between Rolls of stretched tape used. Such a design can, for. B. as an adjusting device an automatic compensation device for current and voltage measurement are, the encoder signal compared with the measurement signal and the difference to Control of a servomotor coupled to the tap is used, which the Sets the encoder so that the signal differences
renz verschwindet und die Stellung der beweglichen Geberelektrode den Meßwert repräsentiert.renz disappears and the position of the movable transducer electrode represents the measured value.
Durch zusätzliche Einzelelektroden, die zwischen den flächenhaften Elektroden verschiebbar angeordnet sind, lassen sich auch diskrete Werte innerhalb des Verstellbereiches erfassen. With additional individual electrodes between the two-dimensional Electrodes are arranged displaceably, even discrete values can be set within of the adjustment range.
Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen kapazitiven Gebers sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Darin zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung, Fig.2 eine praktische Ausführungsform des Ausführungsbeispiels der F i g. 1, Fig. 3, 3 a und 4, 4 a in schematischer Darstellung zwei weitere Ausführungsbeispiele mit Darstellung des Verlaufes des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Bandbewegung. Some exemplary embodiments of the capacitive transmitter according to the invention are shown in the drawing and are described below. In it shows F i g. 1 a first exemplary embodiment in a schematic representation, FIG. 2 a practical embodiment of the embodiment of FIG. 1, Fig. 3, 3a and 4, 4 a, in a schematic representation, two further exemplary embodiments with representation the course of the output signal as a function of the belt movement.
Der kapazitive Geber der F i g. 1 weist zwei ortsfeste, parallel zueinander angeordnete, langgestreckte rechteckförmige Elektroden 9, 10 auf, zwischen denen als bewegliche Elektrode ein über Rollen 7 laufendes geschlossenes Kunststoffband 8 angeordnet ist, das auf einer Seite über eine Länge, die größer ist als die Längsausdehnung der feststehenden Elektroden mit einem Metallbelag 11 versehen ist. An die ortsfeste Elektrode 9 und die bewegliche Elektrode ist die Spannung einer amplitudenstabilen Wechselspannungsquelle4 gelegt, wobei ein flexibles metallisiertes Anschlußstück 12 des Bandes zur Potentialzuführung dient. Die ortsfeste Elektrode 10 und die bejegliche Elektrode stehen mit dem Eingang eines über eine Kapazität 5 rückgekoppelten Verstärkers 6 in Verbindung. The capacitive transmitter of the F i g. 1 has two stationary, parallel mutually arranged, elongated rectangular electrodes 9, 10 on, between which, as a movable electrode, is a closed plastic band running over rollers 7 8 is arranged, on one side over a length which is greater than the longitudinal extent of the stationary electrodes is provided with a metal coating 11. To the stationary one Electrode 9 and the movable electrode is the voltage of an amplitude stable AC voltage source4 placed, with a flexible metallized connector 12 of the tape is used to supply potential. The stationary electrode 10 and any Electrodes are connected to the input of an amplifier that is fed back via a capacitance 5 6 in connection.
Die Ausgangsspannung des Verstärkers ist eine lineare Funktion der Bewegung des Metallbelagendes 13 des Bandes, wobei der Proportionalitätsfaktor durch Änderung der Kapazität 5 einstellbar ist.. Bei vollständiger Bedeckung der beiden ortsfesten Elektroden durch den Metallbelag des Bandes ist der Verstärkerausgang spannungslos. Die Führung des Bandes ist nicht kritisch, d. h. es spielt keine Rolle, wie groß der Abstand des Bandes von den beiden nahe benachbarten ortsfesten Elektroden ist und ob das Band in Längsrichtung mehr oder weniger straff gespannt ist. Maßgebend für die erzeugte Ausgangsspannung ist ausschließlich die Lage des Metallbelagendes in bezug auf die Längsausdehnung der ortsfesten Elektroden. Bei der praktischen Ausführung des Gebers sind deshalb keine besonders strengen Anforderungen an die Führung der beweglichen Elektrode zu stellen. so daß der konstruktive Aufbau mit einfacnen Mitteln möglich ist. Eine Berührung des Bandbelages mit der gegenüberliegenden ortsfesten Elektrode kann durch einen dünnen Isolationsfilm auf der Bandelektrode oder auf der ortsfesten Elektrode verhindert werden. The output voltage of the amplifier is a linear function of the Movement of the metal covering end 13 of the belt, the proportionality factor being through Change of capacity 5 is adjustable .. With complete coverage of the two Fixed electrodes through the metal lining of the tape is the amplifier output tension-free. The guidance of the belt is not critical; H. it does not matter, how great the distance between the strip and the two nearby stationary electrodes and whether the tape is stretched more or less taut in the longitudinal direction. Authoritative only the position of the metal covering end is used for the generated output voltage in relation to the longitudinal extent of the stationary electrodes. In the practical Execution of the encoder are therefore not particularly strict requirements on the To provide guidance of the movable electrode. so that the structural design with simple means is possible. One touch of the tape covering with the opposite one Fixed electrode can be through a thin insulating film on the strip electrode or prevented on the stationary electrode.
Wie F i g. 2 an einer praktischen Ausführungsform dieses Gebertyps zeigt, sind die feststehenden Elektroden auf Isolierstoffplatten 14, 15 aufgebrachte rechteckförmige Metallbeläge 16, 17. Beide Isolierstoffplatten werden unter Einfügung einer Distanzplatte 18 miteinander verschraubt, wozu Bohrungen 19 in den Platten vorgesehen sind. Die Distanzplatte gewährleistet einen gleichmäßigen Abstand der beiden feststehenden Elektroden. Um Störcinfltiße auszuschalten. sind die feststehenden Elektroden zur clelitrostatischen Abschirmung von rahmenförmigen. Like F i g. 2 on a practical embodiment of this type of encoder shows, the stationary electrodes are applied to sheets of insulating material 14, 15 Rectangular metal coverings 16, 17. Both insulation panels are under insertion a spacer plate 18 screwed together, including holes 19 in the plates are provided. The spacer plate ensures an even distance between the two fixed electrodes. To eliminate interference. are the fixed ones Electrodes for the static shielding of frame-shaped.
auf Erdpotcntial gelegten Ntetallbeligen 10 und 21 umgeben. Soweit bei dem zwischen den Rollen 23 ausgespannten Band 24 seitliche Auslenkungen in einer Ebene parallel zu den feststehenden Elektroden auftreten können, wird eine Beeinflußung des Ausgangssignals dadurch vermieden, daß das Band bzw.Ntetallbeligen 10 and 21 placed on earth potential surround. So far in the case of the belt 24 stretched out between the rollers 23, lateral deflections in one Plane parallel to the fixed electrodes can occur, is an influence of the output signal is avoided by the tape or
der Bandbelag 22 etwas breiter ausgeführt ist als die feststehenden Elektroden. Eine Erdung des Bandbelages erfolgt über das metallisierte flexible Anschlußstück 25. Die verschiedenen auf Erdpotential gelegten Elektroden und Anschlüsse können auch auf ein anderes gemeinsames Potential gebracht werden. Für den Anwendungsfall als Einstellorgan eines Kompensationsgerätes ist das Band an der Stelle des Metallbelagendes mit einem Zeiger 26 verbunden, zur Anzeige des Meßwertes auf einer Skala 27.the band covering 22 is made slightly wider than the stationary Electrodes. The strip covering is grounded via the metallized flexible Connector 25. The various grounded electrodes and connections can also be brought to another common potential. For the use case As an adjusting element of a compensation device, the band is at the point of the metal covering end connected to a pointer 26 for displaying the measured value on a scale 27.
Wie bereits erwähnt, läßt sich der kapazitive Geber auf einfache Weise auch zur Erfassung diskreter Werte heranziehen, wenn in den zwischenraum der Elektroden schmale Signalelektroden eingebracht werden, die man verschiebbar anordnet. Diese in den F i g. 1 und 2 mit 28 und 29 bezeichneten Signalelektroden können z. B. dazu benutzt werden, einen einstellbaren Minimal- und Maximalwert zu signalisieren. Damit sie keine Verzerrung des elektrischen Feldes hervorrufen, was die lineare Eigenschaft des Gebers beeinträchtigen würde, ragen ihre Enden nur bis in den metallbelagfreien Raum 30 zwischen feststehender und Abschirmelektrode. Die Signalelektroden sind an Klötzchen 42 befestigt, die sich auf Führungsschienen 43, 44 in Bewegungsrichtung des Bandes verschieben lassen. Eine Signalgabe erfolgt. sobald die Elektrodenenden von dem Bandbelag abgeschirmt bzw. freigegeben werden. unter Zuhilfenahme von Verstärkern 31, 32, welche Schaitrelais 33, 34 zur Auslösung optischer oder akustischer Signale betätigen. As already mentioned, the capacitive encoder can be easily Also use it to record discrete values when in the space between the Electrodes narrow signal electrodes are introduced, which are arranged to be displaceable. These in the F i g. 1 and 2 with 28 and 29 designated signal electrodes can, for. B. can be used to signal an adjustable minimum and maximum value. So that they do not cause a distortion of the electric field, which is the linear Would affect the property of the encoder, their ends protrude only into the metal coating-free Space 30 between the fixed and shielding electrode. The signal electrodes are attached to blocks 42, which are on guide rails 43, 44 in the direction of movement move the tape. A signal is given. as soon as the electrode ends be shielded or released from the tape covering. with the help of amplifiers 31, 32, which switch relays 33, 34 for triggering optical or acoustic signals actuate.
Der Antrieb des Bandes kann entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall des Gebers durch ein Meßwerk, einen Stellmotor oder von Hand erfolgen beispielsweise durch eine Drehbewegung der Rollen oder durch direkte Einwirkung auf das Band. The drive of the belt can be according to the respective application of the encoder by a measuring mechanism, a servomotor or by hand, for example by rotating the rollers or by acting directly on the belt.
Bei dem kapazitiven Geber der Fig. 3 ist eine stufenförmig ausgebildete feststehende Elektrode 35 vorgesehen. Als zweite feststehende Elektrode wird eine von rechteckförmiger Form gewählt (nicht dargestellt). Die nach Verstärkung gleichgerichtete Signalspannung U hat auf Grund der abgestuften Form der Elektrode 35 den in F i g. 3 a dargestellten Verlauf in Abhängigkeit von der Stellung s des Metallbelagendes 38 des über die Rollen 36 geführten Bandes 37. Auf diese Weise lassen sich durch besondere Elektrodenformen spezielle Weg-Spannungsgeber realisieren. In the capacitive transmitter of FIG. 3, a step-shaped transmitter is formed fixed electrode 35 is provided. The second fixed electrode is a chosen of rectangular shape (not shown). The rectified after amplification Due to the graduated shape of the electrode 35, the signal voltage U has the value shown in F i G. 3 a depicted course as a function of the position s of the metal covering end 38 of the belt 37 guided over the rollers 36. In this way, Realize special electrode shapes special displacement voltage transducers.
Werden, wie in F i g. 4 dargestellt. als feststehende Elektroden zwei schmale quer zum Band verlaufende, sich gegenüberstehende Elektroden 39 benutzt und das bewegliche Band 40 mit einem stufenförmigen Metallbelag 41 beschichtet, so zeigt die Signalspannung den in Fig.4a dargestellten Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Stellung des Bandes. As shown in FIG. 4 shown. as fixed electrodes two narrow electrodes 39 running transversely to the tape and facing one another are used and the movable belt 40 is coated with a stepped metal coating 41, so the signal voltage shows the voltage curve shown in Figure 4a as a function on the position of the tape.
Bei konstanter Bandbewegung kann dieser Geber die Funktion eines Zeitplangebers erfüllen. Andere vom linearen Verlauf abweichende Signaleharaktenstiken beispielsweisc von quadratischem Verlauf lassen sich z. B. durch Vcrwendung eines keilförnugen Distanzstückcs zur Abstandshalterung der feststehenden Elektroden hcrstcllcn oder durch entsprechende Profilicrung einer der Elektroden.With constant belt movement, this encoder can function as a timer fulfill. Other signal characteristics deviating from the linear course, for example c of quadratic course can be z. B. by using a wedge groove Spacers to hold the stationary electrodes at a distance or by profiling one of the electrodes accordingly.
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