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專利名稱：電容式扭矩傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種扭矩測量技術，尤指一種電容式扭矩傳感器。
在現代科學技術中，測量扭矩的方法很多，常用的有電阻應變式、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。結構原理如

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經放大、變換、數據處理，最后以數字形式顯示出扭矩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、邊緣效應以及其他雜散電容對測量精度影響很大。
本實用新型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。
本實用新型的目的是這樣實現的，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，它的發送電極(供電電極)由多個金屬箔制成的極片按節距排列而成(每個節距至少有3片)，一個節距內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變化和彎曲變化，從而達到測量扭矩的目的。
由于本實用新型，用容柵位移測量技術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實用新型圖1為現有技術原理示意圖圖1A為圖1發送電極結構示意圖圖1B為圖1接收電極結構示意圖圖2為由角位移傳感器構成的扭矩傳感器原理示意圖圖2A為圖2發送電極結構示意圖圖2B為圖2接收電極結構示意圖圖3為由線位移傳感器構成的扭矩傳感器原理示意圖如圖2、圖2B、圖2A所示，接收電極和發送電極由多個金屬箔制成的極片按節距排列而成，接收電極3呈輪輻狀，每一輪輻為半個接收節距，這里共5個節距。發送電極4有40個扇形極片，分成5組，每組8片構成一個節距，節距內各極片按順序編號，然后將序號相同的極片(如1號極片)并聯引出一條導線接驅動輸出8的相應端(如1端)。
環狀耦合電極5和發送電極4做在同一塊電極板的同一平面上，它們之間由接地環隔開。
將接收電極板3和發送電極板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，傳感器的工作是靠彈性軸的角變形和發送電極、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和發送電極4之間的相對角位移成正比。當相對角位移每移過一個節距時，合成信號相位轉360°，移多個節距，信號轉多個360°，實現節距累加。當軸1上加扭矩M時，電極3和4相對轉動一個角度，因而改變合成信號的相痊。經耦合電極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、邊緣效應和其他雜散電容對發送電極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、邊緣效應及其他雜散電容等對測量結果就不會有影響。所以這種利用發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)發送節距并聯，使發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。
本實用新型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，結構原理如圖3所示。容柵式線位移傳感器的發送電極片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，其發送電極由多個金屬箔制成的極片按節距排列而成，一個節距內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距排列而成，兩電極組成柵形電容器。
2.由權利要求1所述的電容式扭矩傳感器，其特征在于發送電極由多個節距并聯制成。
專利摘要本實用新型提供一種新型電容式扭矩傳感器，它由彈性軸(梁)和電容式位移傳感器構成。其中傳感器的一個電極板與軸的一端連接，另一電極板通過過渡套管與軸的另一端連接。本傳感器用電器量的相對變化和節距的累加測量扭矩大小，消除了雜散電容等影響，提高了分辨率和測量精度。
文檔編號G01L1/14GK2147521SQ9320034
公開日1993年11月24日 申請日期1993年1月13日 優先權日1993年1月13日
發明者馬禮耀, 郭霄峰, 石玉良 申請人:北京峰光科技開發公司