CN101458099A - 一种电容式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式传感器，包括电容极板、被测介质，电容式传感器设置在容器内，电极板构成探头，并固定在容器内，探头的两个电容极板通过两条导电薄膜引到所述的容器外与导线连接。采用上述技术方案，电容的两个极板构成的探头，其大小形状的设计方法灵活，如对液位的检测，只要将被测液体装入绝缘(如玻璃，塑料等)容器内，而传感器探头(即电容两极板)可用两条导电薄膜直接紧贴在容器外侧，并引出导线即可。也可将探头做成夹子形状，使用时，夹在容器的相应位置即可。本发明成功用于医用输液报警装置，锅炉水位控制装置，与已有的非接触测量传感器相比，结构简单，使用灵活方便。

Description

一种电容式传感器

技术领域

本发明属于电测法测量非电学量的技术领域，具体地说，本发明涉及一种电容式传感器。

背景技术

现有的电容传感器种类繁多，其中与本发明密切相关的是变介质型传感器，通过测量介质的参数、介电常数等达到对温度、湿度及介质厚度等参数的测量。

如本说明书附图中的图1所示，

$C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}S}{d-\mathrm{\δ}+\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}$

其中：

${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{\mathrm{\ϵ}}{{\mathrm{\ϵ}}_0}$

C——电容值；

S——电容极板的面积；

δ——被测介质的厚度；

d——电容极板间隙；

ε₀——电容极板与被测介质间空隙的介电常数；

ε——被测介质的介电常数。

已有的电容传感器通常是针对电介质材料进行检测的，且传感器探头的形状制作不方便。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种电容式传感器，其目的是在线准确测定电介质材料的电容值变化，不限定被测物质的相，并且使传感器探头制作和使用方便。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的这种电容式传感器，包括电极板、被测介质，所述的电容式传感器设置在容器内，所述的电极板构成探头，并固定在容器上，所述探头的两个电容极板通过两条导电薄膜引到所述的容器外与导线连接。

所述的容器为绝缘容器。或者所述的容器为锅炉。

所述的绝缘容器的材料为玻璃或者塑料。

所述的探头的电容极板的平面垂直于水平面。

所述的探头在容器上的固定方式是：探头采用夹子的结构，夹在容器的相应位置。

本发明采用上述技术方案，电容的两个极板构成的探头，其大小形状的设计方法灵活，如对液位的检测，只要将被测液体装入绝缘(如玻璃，塑料等)容器内，而传感器探头(即电容两极板)可用两条导电薄膜直接紧贴在容器外侧，并引出导线即可。也可将探头做成夹子形状，使用时，夹在容器的相应位置即可。本发明成功用于医用输液报警装置，锅炉水位控制装置，与已有的非接触测量传感器相比，结构简单，使用灵活方便。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本说明书背景技术所涉及的现有技术结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明作为位移测量传感器时的等效电路图；

图4为本发明用于测量介质成份时的等效电路图；

图5为本发明用于医用输液报警装置的结构示意图；

图6为图5所示结构的应用示意图。

图中标记为：

1、被测介质，2、探头，3、绝缘容器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

本发明的原理如图2所示，其电容值的导出过程如下：

$C=C_1+C_2=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0(S-S_1)}{d-2\mathrm{\δ}+\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}+\frac{1}{2}\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_r{S}_1}{2\mathrm{\δ}}=\frac{{\text{\ϵ}}_0(S-S_1)}{d-2\mathrm{\δ}+\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}+\frac{1}{4}\frac{\mathrm{\ϵ}{S}_1}{\mathrm{\δ}}=\frac{A{\mathrm{\ϵ}}_0(h-h_1)}{d-2\mathrm{\δ}+\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}_r}}+\frac{\mathrm{A\ϵ}{h}_1}{4\mathrm{\δ}}$

$=\frac{4\mathrm{\δA}{\mathrm{\ϵ}}_{0}h-A{\mathrm{\ϵ}}_0{h}_{1}4g+(d-2\mathrm{\δ}+\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}_r})\mathrm{A\ϵ}{h}_1}{4\mathrm{\δ}(d-2\mathrm{\δ}+\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}_r})}=\frac{4\mathrm{\δA}{\mathrm{\ϵ}}_{0}h+(\mathrm{A\ϵd}-2\mathrm{A\δ\ϵ}+\frac{\mathrm{A\ϵ\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}_r}-4A{\mathrm{\ϵ}}_{0}g)h_1}{4\mathrm{\δ}(d-2\mathrm{\δ}+\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ϵ}}_r})}$

式中：

C——电容传感器测得的电容值；

C₁——电容传感器测得的被测导体部分的电容值；

C₂——电容传感器测得的无被测导体部分的电容值；

S——电容极板的面积；

S₁——电容极板的被测导体部分的面积；

d——电容极板间隙；

A——电容极板的宽度(即图2中垂直于纸面方向的尺寸)；

h——电容极板的高度；

h₁——电容极板的被测导体部分的高度；

δ——电容极板与被测介质间空隙的厚度；

ε_r——被测介质的介电常数；

ε₀——电容极板与被测介质间空隙的介电常数。

当介质(导体)确定后，C与h₁成线性关系，因此可作位移测量传感器。

当对介质导电性测量时，该电容等效电路为图3；当介质充满时，等效电路如图4，这时：h₁＝h₂，

$C=\frac{\mathrm{\ϵAh}}{4\mathrm{\δ}}$ 为定值，但R随导电介质的不同而不同，因而可用于测量介质的成份。

如图2至图6所表达的本发明的原理及结构，本发明为一种电容式传感器。本发明为了实现在线准确测定电介质材料的电容值变化，不限定被测物质的相，并且使传感器探头制作和使用方便的发明目的，采取的技术方案是：本发明提供的这种电容式传感器包括电容极板、被测介质1，所述的电容式传感器设置在容器内，所述的电极板构成探头2，并固定在容器内，所述探头2的两个电容极板通过两条导电薄膜引到所述的容器外与导线连接。

电容的两个极板构成的探头，其大小形状的设计方法灵活，如对液位的检测，只要将被测液体装入绝缘(如玻璃，塑料等)容器内，而传感器探头(即电容两极板)可用两条导电薄膜直接紧贴在容器外侧，并引出导线即可。

下面是本发明的实施示例：

实施例一：

本发明所述的容器为绝缘容器3。如图5所示，本发明成功用于医用输液报警装置，图6是图5所示的医用输液报警装置的在输液器上应用的连接结构示意图。

实施例二：

本发明所述的容器为锅炉。本发明还成功用于锅炉水位控制装置。

实施例三：

具体地说，所述的绝缘容器3的材料为玻璃或者塑料。

实施例四：

本发明所述的构成探头的电容极板的平面垂直于水平面。用于测量水位的高低，必要时进行水位报警。

实施例五：

本发明所述的探头2在容器上的固定方式是：所述的探头2采用夹子的结构，夹在容器的相应位置。可将探头做成夹子形状，使用时，夹在容器的相应位置即可。

本发明的两极板电容构成的探头(电容极板)的大小形状的设计方法灵活，如对液位的检测，只要将被测液体装入绝缘(如玻璃，塑料等)容器内，而使传感器探头(电容两极板)可用两条导电薄膜直接紧贴在容器外侧，并引出导线即可。也可将探头做成夹子形状，使用时，夹在容器的相应位置即可。

与已有的非接触测量传感器相比，本发明的结构简单，使用灵活方便。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种电容式传感器，包括电容极板、被测介质(1)，其特征在于：所述的电容式传感器设置在容器内，所述的电极板构成探头(2)，并固定在容器内，所述探头(2)的两个电容极板通过两条导电薄膜引到所述的容器外与导线连接。

2、按照权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于：所述的容器为绝缘容器(3)。

3、按照权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于：所述的绝缘容器(3)的材料为玻璃或者塑料。

4、按照权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于：所述的容器为锅炉。

5、按照权利要求1或4所述的电容式传感器，其特征在于：所述的构成探头的电容极板的平面垂直于水平面。

6、按照权利要求1或2或3或4所述的电容式传感器，其特征在于：所述的探头(2)在容器上的固定方式是：所述的探头(2)采用夹子的结构，夹在容器的相应位置。

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