CN101377399A - 一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，是采用了预置多个具有已知金属体之间的间隙大小的数值的金属标定试件和预置一具有平片式电容探头的电容传感器，所述电容传感器包括一绝缘的薄平片和在薄平片上下端面所设有的作为电容极片的金属薄片，通过将平片式电容探头依次插入各金属标定试件的间隙中，来标定关于金属体之间的已知间隙大小与电容传感器测试数据之间的一一对应关系，在实测中，利用该标定的对应关系以及采用线性计算方式来计算出实际检测数据所对应的间隙的数值，从而得出金属体之间间隙的测量值，该方法比较于现有技术的方法具有检测速度快、检测精度高的特点。

Description

一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别是涉及一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法。

背景技术

间隙检测被广泛地应用于航空、纺织、机械电子工业、核工业等领域。对金属体之间的间隙检测就属于其中的一种，比如，在仪器仪表的装配过程中，一些金属构件之间的安装间隙就存在一些要求，如果间隙不符合要求，就可能会影响仪器仪表的精度。传统的间隙检测通常是采用卡尺进行测量，但是，对于间隙过小时，显然卡尺的尺度无法标出，因而，对于较小的间隙的检测通常是采用塞规来完成，即，准备多个具有不同厚度的厚度规，检测时是将厚度规由小到大依次轮流塞入金属构件间的间隙中，根据可塞入间隙的最大厚度规的厚度尺寸和不可塞入间隙的最小厚度规的厚度尺寸，由此可以得出间隙的大小。但是，现有的这些检测方法都有其局限性，存在着检测速度慢、检测精度不高的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，具有检测速度快、检测精度高的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，包括标定和实测两个过程：

在标定过程，它包括如下步骤：

a.预置多个具有已知金属体之间的间隙大小的数值的金属标定试件；所述金属标定试件为两块/片同材质或不同材质的金属体；

b.预置一具有平片式电容探头的电容传感器，所述电容传感器包括一绝缘的薄平片和在薄平片上下端面所设有的作为电容极片的金属薄片；

c.将平片式电容探头插入一金属标定试件的间隙中，电容传感器由一波形发生器所发出的一个预置信号激励，它的输出经滤波、放大后由以计算机为核心的数据处理单元处理成与所述金属标定试件的已知间隙相对应的标定数据；

d.将平片式电容探头依次插入其他的金属标定试件的间隙中，通过改变金属标定试件的已知间隙大小，重复步骤c得到多个金属标定试件的不同已知间隙所对应的标定数据，获得以上述标定数据、金属标定试件的已知间隙为纵、横坐标的一一对应关系；并将所述标定数据和对应的间隙值存储在计算机的存储装置中；

在实测过程，它包括如下步骤：

e.将平片式电容探头插入一被测金属件的间隙中，被测金属件为两块/片同材质或不同材质的金属体，电容传感器由一波形发生器所发出的一个预置信号激励，它的输出经滤波、放大后由以计算机为核心的数据处理单元处理成测试数据；

f.计算机的CPU中央处理器将所述测试数据与所述各标定数据依次进行比较判断，找出与测试数据相邻的两个标定数据，并在标定数据、金属标定试件的已知间隙为纵、横坐标的图系中，按照其变化规律计算出测试数据所对应的间隙的数值；

g.计算机的显示单元显示出被测金属件的间隙的数值。

本发明的一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，是利用了平板式电容极片在金属体之间电容会发生变化且这种变化与金属体之间的间隙大小有关的原理，通过预置多个的试件建立关于金属体之间的已知间隙大小与电容传感器测试数据之间的一一对应关系，并利用该对应关系和采用一定的计算方式来计算出实际检测数据所对应的间隙的数值，从而得出金属体之间间隙的测量值，该方法所预置的金属标定试件越多，则实际检测的间隙值也越精确。

本发明的一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，也可以使用在非金属体之间，此时的电容传感器可以采用两片具有向外弹开特征的绝缘的薄平片，在两薄平片的外端面分别设有作为电容极片的金属薄片，这样，当将平片式电容探头插入两非金属体之间的间隙时，两薄平片受其向外弹开特征的影响，会张顶在两非金属体之间，当两非金属体之间的间隙不同时，两薄平片的张开程度也就不同，因此，两薄平片外端面的金属薄片的距离也不同，其电容大小也就不相同，通过测试出电容传感器输出值的不同，可以对应得出两非金属体之间所不同的间隙值。

本发明的有益效果是，由于采用了预置多个具有已知金属体之间的间隙大小的数值的金属标定试件和预置一具有平片式电容探头的电容传感器，所述电容传感器包括一绝缘的薄平片和在薄平片上下端面所设有的作为电容极片的金属薄片，通过将平片式电容探头依次插入各金属标定试件的间隙中，来标定关于金属体之间的已知间隙大小与电容传感器测试数据之间的一一对应关系，在实测中，利用该标定的对应关系以及采用线性计算方式来计算出实际检测数据所对应的间隙的数值，从而得出金属体之间间隙的测量值，该方法比较于现有技术的方法具有检测速度快、检测精度高的特点。

附图说明

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法不局限于实施例。

图1是本发明方法中利用电容检测间隙的原理示意图。

具体实施方式

本发明的一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，是利用了电容检测间隙的原理：

当极片电容传感器插入两金属体之间的间隙时，传感器极片与上金属体存在电容C1，与下金属体存在电容C2。

当两个电容C1、C2串联时，串联电容C可以用公式(1)计算。

1/C＝1/C1+1/C2   (1)

其中

C1＝εS/d1，C2＝εS/d2      (2)

S：极片相互遮盖部分的面积，m²；

d1、d2：分别是C1、C2极板之间的距离，m；

ε：极片间介质的介电常数，F/m。

将公式(2)带入公式(1)，则有：

C＝εS/(d1+d2)        (3)

而d1+d2即为两金属体之间的间隙d。由公式(3)可以看出，两金属体之间的间隙的变化将引起电容传感器电容量的变化。

图1为本发明方法中利用电容检测间隙的原理示意图，实际上即为传感器电容值的检测原理示意图。

图中，Cx为被测的电容传感器的电容量，由公式(3)可知该Cx的值与两金属体之间的间隙有关，Vs为标准电源，Cs为一基准电容，运放A1接成跟随器，开关S1、S2、S3为联动开关，实际上是由外部时钟驱动的模拟开关。如图，在开关位置1，Cx由基准电压Vs在一定时间内充电，其充电电荷Q＝Cx*Vs  (4)。在开关位置2，Cx的电荷转移到基准电容Cs上，则Q＝Cs*Vx    (5)

综合公式(4)和(5)，得

Vx＝(Cx/Cs)*Vs   (6)

若模拟开关在一外部时钟脉冲的驱动下，连续交替运转，则Vx为一具有频率与时钟脉冲相同的方波。

公式(6)中，Cs、Vs均为已知值。因此Vx的值只与Cx有关。综合公式(3)和(6)则有：

Vx＝(Vs/Cs)*εS/d   (7)

公式(7)建立了Vx和间隙d的关系。

下面，结合上述原理来说明本发明的一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，该方法包括标定和实测两个过程：

在标定过程，它包括如下步骤：

步骤a.预置10个具有已知金属体之间的间隙大小的数值的金属标定试件K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10，金属标定试件K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10采用铁材料，当然也可以用其它金属材料比如铝、铜等，金属标定试件K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10的各已知间隙分别为d11、d12、d13、d14、d15、d16、d17、d18、d19、d20；

步骤b.预置一具有平片式电容探头的电容传感器，所述电容传感器包括一绝缘的薄平片和在薄平片上下端面所设有的作为电容极片的金属薄片；

步骤c.将平片式电容探头插入一金属标定试件K1的间隙d11中，电容传感器由一波形发生器所发出的一个预置信号激励，它的输出经滤波、放大后由以计算机为核心的数据处理单元处理成与所述金属标定试件的已知间隙d11相对应的标定数据V11；

步骤d.将平片式电容探头依次插入其他的金属标定试件K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10的间隙中，通过改变金属标定试件的已知间隙大小(即d12、d13、d14、d15、d16、d17、d18、d19、d20)，重复步骤c得到多个金属标定试件的不同已知间隙所对应的标定数据V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18、V19、V20，获得以上述标定数据、金属标定试件的已知间隙为纵、横坐标的一一对应关系，即间隙d11、d12、d13、d14、d15、d16、d17、d18、d19、d20分别对应于标定数据V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18、V19、V20，可以用标定数据V为横坐标，金属体的间隙d为纵坐标，建立标定数据V与金属体的间隙d之间的关系曲线；也可以用金属标定试件的间隙d为横坐标，标定数据V为纵坐标，建立标定数据V与金属体的间隙d之间的关系曲线；以前者为例，则在关系曲线中，有如下10个坐标点，即(V11、d11)、(V12、d12)、(V13、d13)、(V14、d14)、

(V15、d15)、(V16、d16)、(V17、d17)、(V18、d18)、(V19、d19)、(V20、d20)；并将所述标定数据和对应的间隙值存储在计算机的存储装置中；

在实测过程，它包括如下步骤：

步骤e.将平片式电容探头插入一被测金属件的间隙dx中，被测金属件为质铁质金属体，电容传感器由一波形发生器所发出的一个预置信号激励，它的输出经滤波、放大后由以计算机为核心的数据处理单元处理成测试数据Vx；

步骤f.计算机的CPU中央处理器将所述测试数据Vx与所述各标定数据(V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18、V19、V20)依次进行比较判断，找出与测试数据相邻的两个标定数据，比如Vx处在V15、V16之间，再由前述的公式(7)可以看出，电容传感器的输出值Vx与金属体的间隙d之间为反比关系，即Vx越大，间隙d越小，假设V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18、V19、V20呈依次递增，则d11、d12、d13、d14、d15、d16、d17、d18、d19、d20为依次递减，并在标定数据、金属标定试件的已知间隙为纵、横坐标的图系中，按照线性变化方式计算出测试数据所对应的间隙的数值；由于Vx处在V15、V16之间，则dx处在d15、d16之间，因此，可以按照线性变化方式很容计算出dx；

步骤g.计算机的显示单元显示出被测金属件的间隙的数值dx。

本发明的一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，是利用了平板式电容极片在金属体之间电容会发生变化且这种变化与金属体之间的间隙大小有关的原理，通过预置多个的试件K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10建立关于金属体之间的已知间隙大小与电容传感器测试数据之间的一一对应关系，即(V11、d11)、(V12、d12)、(V13、d13)、(V14、d14)、(V15、d15)、(V16、d16)、(V17、d17)、(V18、d18)、(V19、d19)、(V20、d20)，并利用该对应关系和采用线性计算方式来计算出实际检测数据所对应的间隙的数值，从而得出金属体之间间隙的测量值，该方法所预置的金属标定试件越多，则实际检测的间隙值也越精确。

本发明的一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，也可以使用在非金属体之间，此时的电容传感器可以采用两片具有向外弹开特征的绝缘的薄平片，在两薄平片的外端面分别设有作为电容极片的金属薄片，这样，当将平片式电容探头插入两非金属体之间的间隙时，两薄平片受其向外弹开特征的影响，会张顶在两非金属体之间，当两非金属体之间的间隙不同时，两薄平片的张开程度也就不同，因此，两薄平片外端面的金属薄片的距离也不同，其电容大小也就不相同，通过测试出电容传感器输出值的不同，可以对应得出两非金属体之间所不同的间隙值。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1.一种利用电容传感器测量金属体之间的间隙的方法，其特征在于：包括标定和实测两个过程：

在标定过程，它包括如下步骤：

a.预置多个具有已知金属体之间的间隙大小的数值的金属标定试件；所述金属标定试件为两块/片同材质或不同材质的金属体；

b.预置一具有平片式电容探头的电容传感器，所述电容传感器包括一绝缘的薄平片和在薄平片上下端面所设有的作为电容极片的金属薄片；

c.将平片式电容探头插入一金属标定试件的间隙中，电容传感器由一波形发生器所发出的一个预置信号激励，它的输出经滤波、放大后由以计算机为核心的数据处理单元处理成与所述金属标定试件的已知间隙相对应的标定数据；

d.将平片式电容探头依次插入其他的金属标定试件的间隙中，通过改变金属标定试件的已知间隙大小，重复步骤c得到多个金属标定试件的不同已知间隙所对应的标定数据，获得以上述标定数据、金属标定试件的已知间隙为纵、横坐标的一一对应关系；并将所述标定数据和对应的间隙值存储在计算机的存储装置中；

在实测过程，它包括如下步骤：

e.将平片式电容探头插入一被测金属件的间隙中，被测金属件为两块/片同材质或不同材质的金属体，电容传感器由一波形发生器所发出的一个预置信号激励，它的输出经滤波、放大后由以计算机为核心的数据处理单元处理成测试数据；

f.计算机的CPU中央处理器将所述测试数据与所述各标定数据依次进行比较判断，找出与测试数据相邻的两个标定数据，并在标定数据、金属标定试件的已知间隙为纵、横坐标的图系中，按照其变化规律计算出测试数据所对应的间隙的数值；

g.计算机的显示单元显示出被测金属件的间隙的数值。