高精度角度传感器的设计+文献综述(6)
时间:2017-03-02 21:26 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
圆板的旋转轴使用绝缘体，在上、下平行极板的固定位置用微型轴承支撑，因而转矩很小。由于没有像电刷那样的接触部件，因而不会因磨损而缩短使用寿命，具有结构简单、制作容易、价格低廉等优点。 3.2 工作原理 与旋转圆板D的旋转角度相对的极板A和B间、A和C间的静电电容分别如下： 如图3-2所示，与极板B、C相对而言，旋转圆板D从角度 的位置起始旋转到 角度。此时，极板间的静电电容如图3-3所示，导体部分的电容为 ，绝缘体部分的电容为 。两者并联连接时，其电容为 + 。 设旋转圆板D的厚度为d，极板A和D、B和D的间隔分别为 、 ， ，则电容 及 可用下式表示： 式中： ——空气的介电常数； ——空气、绝缘体、空气三层复合体的介电常数； ——旋转板导体部分的极板面积； ——旋转板绝缘体部分的极板面积。 再设极板B、C的面积为a，则圆板旋转 角时极板B的 、 分别为： 与此相反，在极板C一侧，上式(3-2)、（3-3）中 、 的关系正好相反。 因此，将式(3-2)、（3-3）分别代入式(3-1)，便可求得圆板旋转角 时极板A和B间的电容 及极板A和C间的电容 分别如下： 式中 式中 和 分别为极板A和B、极板A和C间所产生的寄生电容。 由式（3-4）、（3-5）可看出 、 大小的变化与 成线性关系。且 常数，因此具有差动关系。 以上原理公式均为理论计算值，但是实际应用中，若选择的绝缘材料其绝缘电阻足够大，那么绝缘体部分的电容 可忽略不计，仅需要计算导体部分的电容 。此外，本文采用了差动结构，寄生电容 、 的影响也可忽略。所以本文所设计的传感器的理想计算公式如下： 再将公式（3-2）、（3-3）分别代入上式（3-6）、（3-7），得 3.3 尺寸设计 极板直径越小，边缘效应的影响就会增大，引起非线性；直径过大，对制作和结构的要求就越高；所以各极板的直径不能太大，也不能太小，本文采取择中原则，取A、B、C、D极板的直径均为70mm，厚度则均为0.5mm。极板A和D、以及B（或C）和D之间的距离d1、d2应尽量小，不然会使电容传感器的输出过小，而影响测量精度；然而d1、d2值也不能太小，否则有可能引起电容的击穿或短路，同时加大了加工难度。因此，还是采取择中原则，取d1、d2均为1mm。 3.4 材料选择 由于本课题所设计的高精度角度传感器是用来测量火炮炮塔纵倾角的，工作环境非常特殊，发射火炮时对炮身的冲击力非常大，且温度变化相当快且大，因此在材料的选择上需格外小心，以免产生较大的误差而影响传感器的测量精度。 3.4.1 导体部分材料的选择 考虑到加工和成本问题，选择可锻铸铁作为导体部分材料。 经询问老师，火炮炮手区的冲击波超压值p大约为0.029～0.049MPa。 本文所设计的A、B、C、D四块极板均采用圆形平膜片，有： (3-10) 式中： ——纵向线应变 ——横截面上的冲击应力 E——材料的弹性模量 经查阅表—弹性模量和泊松比的约值[11]，可锻铸铁的弹性模量 ； 再将 代入式（3-6），可得 ，形变量很小，可忽略不计，所以可锻铸铁是可行的。 (责任编辑：qin) |