CN1005169B - 电容重力传感器 - Google Patents

Abstract

倾斜测量仪包括两个共平面的电极，该电极置于有金属罩的小腔内，小腔内装有相对高的介电常数的液体和气体。当倾斜测量仪处在水平面位置时，两个电极有相等的面积浸没在介电液体里，则由电极和金属罩构成两个相等的电容器。当倾斜测量仪转动某一个角度时，二个电极浸没在液体里的面积则不相等。所产生的电容差值则代表被测量的倾斜角的大小。

Description

倾斜测量仪

本发明涉及倾角传感仪器，具体地说，该仪器具有可变的电容值，该电容值是倾角的函数。

木工水准尺包括部分充有液体的透明管，使液体中存留有气泡，长期以来，用它测量水平偏差。这些装置结构简单，价格便宜，但是它们不能为倾角提供精确测量，而仅能给出与基准面的水平偏差指示。在许多应用中，这些指示是可行的，但在另外一些情况，则要求精确测量倾角。

根据液体内的气泡原理，利用通过气泡位置改变引起电容器变化的倾角传感仪器可以用来确定与水平面的偏差。一个这类的装置有三个在电气上互相绝缘的铝箔电极，铝箔电极包贴在液体容器瓶管上。一个电极为基准电极，它包在瓶管的除气泡路径上部表面以外的全部外表面上。另外两个电极对称放置在气泡路径上部的瓶管中心的每一侧，每个电极的长度和宽度和气泡的长度和宽度一样。瓶管内的液体的介电常数比气泡的介电常数高，从而建立起电容差，即由一个传感电极和基准电极所构成的电容与另一传感电极和基准电极所构成的电容之差，它是气泡位置的函数。这种装置所具有的线性范围和精度是玻璃管上的传感电极的位置和气泡尺寸的函数，线性范围和精确度随液体温度变化而改变。

先有技术的另一类倾斜指示装置，它利用了重力型电位计，这样一个装置包括一条在V形或圆形管内的轴向放置的电阻线，V形或圆形管内有导电液体，导电液体的高度比管子最低点高出一个已知水平。当把这种装置贴合在水平定位的基准面上时，就可构成相等的两个电阻线末端段（从导电液体伸到每个末端），这样就得到相等电阻的线段。将这个基准面与水平方向倾斜一个角度，管子也跟着转动，这样在导电液体和两个末端之间所形成的线段长度和电阻不相等。这些装置的精度取决于导线电阻上所维持的容差，而其稳定性是导线电阻率的温度系数和液体温度膨胀系数的函数。

本发明提供一种可靠的倾斜测量仪，该倾斜测量仪由两个电容器组成，两个电容器的差动电容变化值与倾斜角呈线性关系。

根据本发明的倾斜测量仪包括一个在金属罩内的小腔，并部分充有液体，该液体具有较高的相对介电常数。小腔内放置电气上绝缘的两个金属片，两个金属片共平面，形状相同尺寸相等并夹在两片介电材料之间，小腔其余部分充以气体，气体的介电常数低于液体的介电常数。每一个共平面电介质薄片，是电容器的传感器板，电容器由金属罩构成。当一个传感器板的液体浸没面积等于另一个传感器板的液体浸没面积时，这些电容器具有相等的电容值，这就意味着倾斜测量仪处在水平位置。倾斜测量仪如偏离水平位置，则使两个传感器板的浸没面积不同，从而在两个电容之间产生电容差动值。利用这个电容差动值可以得到表示倾斜角的电信号。

图1A和1B是本发明一个实施例的剖视图。

图2是沿图1A中的2-2剖线的图1实施例中的剖面图。

图3是图1实施例的部件组装图。

参见图1A、图2和图3，其相应的元件标以相同的参考数字，在本发明实施例中，由10表示的部分包括两部分结构12和13组成的罩11和并在其内形成小腔14。小腔14装有液体，例如具有高介电强度的烃油和具有高介电常数的乙醇两者的混合物，液面以15表示，小腔14的其余部分充有常压气体16，例如氮气。分层圆盘17放在小腔14内，距半边罩12和13的等距离位置上。这种分层圆盘17可以用具有镀层薄板的介电材料构成，例如，在0.003吋厚的聚酯21上镀铜，并以化学方法对铜刻蚀，从而按所要求的形式构成电学上分离的平板22和23。在刻蚀操作完成之后，第二片聚酯薄板24可连到第一片聚脂薄板21和刻蚀过的铜电极22和23上，以将铜电极夹在聚脂薄板之间。穿过分层结构钻两个孔25和26，从而为小腔14内的液体平衡和气体压力平衡提供通道。

金属罩11、聚脂薄板21和24、铜电极22和23的组合建立起如图4A所示的一串并联组合的电容器。本技术领域的技术人员可辨出电容器C11A是代表铜板22和聚脂薄板21-液体边界之间的电容;电容器C12A是代表这个边界和金属罩11之间电容，金属罩11可以认为是接地电极。这些电容与代表铜电极22和聚脂薄板24-液体边界之间的电容C13A和代表这个边界和金属罩11之间的电容C14A的串联组合并联。同样地，电容器C11B和C13B代表跨接在气体区内的聚脂薄板21和24之间的电容，而电容器C12B和C14B代表聚脂薄板-气体边界和金属罩11之间的电容。对专业的技术人员来说，在铜电极23和金属罩11之间同样构成电容器C21A-C24A和C21B-C24B是显而易见的。

在铜电极22和金属罩11之间构成的以串并联方式组合的电容，可以用一个电容C1表示，而在由铜电极23和金属罩11之间构成的电容组合可以用一个电容C2表示，如图4B所示。在图4A和4B的所示的电容器的接地由对金属罩11的接地表示。通过将引线27、28分别连到铜电极22和23上，可以达到两个电容器C1和C2的入口，并且通过安置一块从铜电极22和23之间的金属罩11伸出的金属隔板31可以实现电容器C1和C2之间的电气绝缘。

当传感器与水平基准面配置合宜时，铜电极22和23浸没在液体中面积相等，从而电容器C1和C2是相等的。当基准面倾斜θ角度时，如图1B所示，传感器也倾斜同一角度。由于重力的作用，液面15仍保持不变，铜极22、23被转动，使一个电极（如图1B所示的电极22）浸没在液体里的面积比另一个的大。因为液体的介电常数大于气体的介电常数，与处在角度θ的铜电极22有关的电容C1大于与铜电极23有关的电容C2，利用此电容差值来确定倾斜角θ。

在最佳实施例中描述本发明时，应该懂得所使用的语言并不是限制性的，而是描述性的语言，在本发明的较宽的情况下，只要不偏离本发明的真实范围和实质就可在权利要求范围内，做出各种改变。

Claims (10)

1、一种倾斜测量仪，包括一个其中具有一液体容器的外壳，液体容器由第一和第二金属外壁和一金属外周边形成;其特征在于，

一块第一介电材料板安置在所说液体容器里距所说第一金属外壁一预选距离，以形成一个由所说第一介电材料板、所说第一金属外壁和所说金属周边所围成的液室;

一块第二介电材料板安置在所说液体容器里与所说第一介电材料板平行，距所说第二金属外壁的距离等于所说预选距离，以形成一个由所说第二介电材料板、所说第二金属外壁和所说金属周边围成的液室;

在电气上去耦的第一和第二共平面的金属传感器平板被安置在所说第一和第二介电材料板之间的平面中，以形成一分层的圆盘，所说第一和第二金属传感器平板之间有一分隔距离，以在限定一个具有预定长度的面积的所说平面上提供一个无金属的区域;

一个具有预选介电常数的液体，以预定的相同水平装在所说第一和第二液室里;以及

一介电常数小于所说预选介电常数的气体填充在不包括所说液体的第一和第二液室里。

2、根据权利要求1所述的倾斜测量仪，其特征在于：所述介电材料采用聚脂材料。

3、根据权利要求1所述的倾斜测量仪，其特征在于：所述第一和第二电介质薄板有一些小孔，从而为所述液体和所述气体提供通道，以便均衡所述液体容器里的气体和液体的压力。

4、根据权利要求1所述的倾斜测量仪，其特征在于：还包括位于所述第一和第二金属传感器平板之间的金属隔板，从而为第一和第二金属传感器平板之间提供电绝缘。

5、根据权利要求1所述的倾斜测量仪，其特征在于：所述气体为氮气，所述液体是烃类和乙醇的混合物。

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