Brevet FR2483603A1 — publié le 19811204

L'invention se rapporte à un dispositif pour la mesure capacitive de déplacements, comprenant une é- chelle, d'une part, et un lecteur de mesure, d'autre- part, ce dernier étant muni d'une série d'électrodes émettrices et d'au moins une électrode réceptrice. Les dispositifs connus de ce genre comprennent une règle portant une série d'électrodes et un lecteur de mesure comprenant une o plusieurs électrodes, dont la position peut-être déterminée par une mesure de capa- cité simple o différentielle. On cherche à diviser une grande plage de mesure en des petites plages de façon que les erreurs de transmission qui sont dues à un manque de précision dans les fonctions de transmis- sion, ne nuisent pas de façon sensible à la précision de la mesure. Ainsi, une imprécision donnant une erreur de un pour mille correspond à une erreur de 1 millimètre sur une mesure de un mètre. Par contre, si l'échelle est construite de façon à permettre une plage de me- sure de un millimètre, l'erreur due à la transmission n'atteint que un micromètre. Pour compenser les erreurs de division, on a intérêt à effectuer la mesure simul- tanément sur plusieurs divisions. Dans ce cas, la ca- pacité simple o différentielle est constituée par plusieurs capacités élémentaires successives. L'invention a pour but d'offrir un dispositif du genre précité dans lequel la règle de mesure peut être réalisée le plus simplement possible. A cet effet, le dispositif selon l'invention est caractérisée en ce que l'échelle est constituée par un corps électriquement conducteur, présentant des ouver- tures régulièrement espacées, ce corps traversant le lecteur de mesure de façon telle que les ouvertures constituent avec lesdites électrodes un condensateur -2- différentiel formé par plusieurs condensateurs élémentai- res, ce condensateur étant variable en fonction de la po- sition du dit corps par rapport au lecteur de mesure. Grâce à ces particularités, une telle échelle peut- être construite très simplement, tout en présentant d'exellentes qualités au point de vue de la précision de la mesure. Un autre avantage réside dans le fait, que le corps peut 8tre allongé, tout en restant dans sa limite d'élasticité, ce qui rend possible l'ajusta- ge de la mesure. Enfin le corps peut être mis au poten- tiel de la masse et de ce fait, ne nécessite pas de connexion électrique. Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en perspective de la règle et du lecteur de mesure. La fig. 2 est une coupe du lecteur de mesure et de la règle, faite transversalement à la-direction de la mesure. La fig. 3 est une coupe longitudinale du lecteur de mesure, montrant les électrodes émettrices. La fig. 4 est une coupe montrant l'électrode récep- trice. La fig. 5 représente schématiquement la disposition des électrodes. La fig. 6 est une coupe d'une règle présentant des parties remplies par un diélectrique. Comme le montrent les figures 1 et 2,-le dispositif comprend une bande métallique 10 et un lecteur de mesure 20. La bande 10 présente des ouvertures regtangulaires 11 régulièrement espacées, l'entre-axe étant désigné par T. Le lecteur 20 comporte des surfaces 21 portant des électrodes émettrices et une surface 28 portant -3- une électrode réceptrice. La bande 10 est disposée entre ces surfaces 21, 28. La surface de l'électrode émettrice, qui est visible à la fig. 3, comprend un multiple entier de 2N électro- des. Dans le cas représenté 2N - 4e L'entre-axe entre ces électrodes 22k, 23, 24 et 25 T/2N, donc dans le cas présent T/4, de sorte que pour la valeur T de l'entre-axe des ouvertures ll de la bande 10, on compte 2N, c'est-à-dire 4 électrodes. Les électrodes sont connectées par des lignes 27 à un dispositif électronique de façon que N électrodes, dans le présent cas 2 électrodes, constituent au point de vue électrique une plaque d'un condensateur diffé- rentiel. Les N électrodes suivantes constituent la deuxième électrode de ce condensateur différentiel. La plaque commune du condensateur différentiel est formée par la partie de l'électrode réceptrice 29 qui se trou- ve en regard de l'ouverture correspondante 11 de la bande 10, comme le montre la fig. 5. De cette façon les électrodes du lecteur 20 cons- tituent, avec les ouvertures 11 de la bande 10, une série de condensateurs différentiels de même sens, qui sont interconnectés pour former un condensateur dif- férentiel unique. On voit que la variation de la capa- cité différentiel est proportionnel au déplacement de la bande. Si le déplacement de la bande dépasse une valeur déterminée, des moyens électriques décalent la répartition des électrodes émettrices de la valeur d'une électrode. La mesure peut être effectuée au moyen de diffé- rents circuits électriques connus, par exemple par ce- lui décrit dans le brevet allemand 2218824.- La mesure de la capacité différentiel donne donc - 4- 2483603- une mesure de précision et dès que cette mesure dépasse une valeur déterminée, la graduation est déplacée dans le sens de déplacement de la règle, de sbrte que les plaques, qui sont formées de N électrodes, suivant le déplacement des ouvertures 11 de la bande 10 par des pas valant T/2N au point de vue électrique, c'est-à- dire dans le cas présent,-par des pas valant T/4, ce qui donne la mesure approchée. la mesure exacte est la somme de la mesure de pré- cision et de la mesure approchée. Jusqu'ici il n'a pas été tenu compte des deux ou- vertures 11 de la bande 10 qui dépassent les bords des émettrices extérieures de la rangée et qui ne sont donc recouvertes que partiellement par les électrodes émet- trices. En se reportant aux figures 3 et 4, on voit que la somme des capacités partielles en regard de ces deux ouvertures correspondent exactement à là capacité par- tielle d'une seule ouverture située à l'intérieur de la série d'électrodes émettrices. En d'autres termes, 20. l'erreur qui se produit à une extrémité de la série d'électrodes est compensée par l'erreur qui- se produit à l'autre extrémité et ceci pour autant que l'une des conditions suivante soit respectée: 1) L'électrode réceptrice 29 doit &tre plus cour- te que la série des électrodes émettrices et présente une longueur qui est un multiple entier de la distance T constituant l'entre-axe-des ouvertures. 2) l'électrode réceptrice doit être aussi longue ou m9me plus longue que la série des électrodes émet- trices. Dans ce cas, là longueur de la rangée des élec- trodes émettrices doit-être égale à un multiple entiér de la distance T. Dans les deux cas, il est désirable, pour éviter les effets de bord, ainsi que les parasites externes, d'entourer l'électrode réceptrice 29 au moyen d'une surface 26 mise à la masse, comme montré auxfigu- res 3 et 4. Pour éviter que des impuretés puissent se fixer dans les ouvertures de la bande 10 et pour protéger cette bande au point de vue mécanique et chimique, il est possible de la recouvrir d'une couche protectrice 12 représentant des bonnes propriétés diélectriques cet- te couche pouvant être par exemple en Teflon, comme mon- tré à la figure 6. Cette façon ne modifie en rien le fonc- tionnement du dispositif. - 6 - R E V E N D I C A T I ONS 1. Dispositif pour la mesure capacitive de déplace- ments, comprenant une échelle (10), d'une part, et un lecteur de mesure (20), d'autre part, ce dernier étant muni d'une série d'électrodes émettrices (22 à 25) et d'au moins une électrode réceptrice (29), caractérisée en ce que l'échelle (10) est constituée par un corps électriquement conducteur, présentant des ouvertures (11l) régulièrement espacées, ce corps (10) traversant le lecteur (20) de mesure de façon telle que les ouver- tures-(11) constituent avec lesdites électrodes (22 à et 29) un condensateur différentiel formé par plu- sieurs condensateurs élémentaires, ce condensateur étant variable en fonction de la position du dit corps (10) par rapport au lecteur (20) de mesure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures (11) dans le corps (10) et les électrodes (22 à 25 et 29) sont de forme regtangu- laire de façon à obtenir une correspondance linéaire entre le déplacement et la variation de la capacité différentielle. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures (11) du corps sont remplies d'un diélectrique (12). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps (10) est constitué par une bande élastique, des moyens étant prévus pour tendre cette bande. 5. Dispositif selon les revendications 1 et 2, carac- térisées en ce que la longueur de l'électrode réceptri- ce (29) dans le sens du déplacement est un multiple de l'entre-axe (T) des ouvertures (11). -7- 6. Dispositif selon la revendication 1 ou 4, carac- térisée en ce que le corps (10) est constitué par un support isolant recouvert d'une couche conductrice.