CN102636193A - 双联差动电容传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非电量传感器领域，特别涉及一种双联差动电容传感器。本发明主要由左片电极(2)、中片电极(3)和右片电极(4)组成。中片电极(3)的共用电极与并联的左片电极(2)和右片电极(4)的两个电极构成双联电容C1和C2。中片电极(3)能够相对左片电极(2)、右片电极(4)转动。空心轴(5)转动，中片电极(3)相对左片电极(2)、右片电极(4)转动，双联电容C1和C2，一个电容量增加，一个电容量减少。电容量变化量与角度变化成正比。本发明的有益效果是无机械触点、抗干扰，工作可靠，寿命长，制作简单，成本低，双联差动电容传感器略加改变可用于液位、位移、加速度和震动等物理量的测量。

Description

双联差动电容传感器

技术领域

本发明涉及非电量传感器领域，特别涉及一种双联差动电容传感器。

背景技术

在科学研究和工程控制技术实践中，非电量物理量是工程控制不可或缺的重要参数，但是非电量物理量不是电量，不能同电子仪器直接链接，更不能同计算机等工控仪器兼容，因此非电量物理量需要借助电阻或电容转换成电量物理量。以电容为例，根据电容器原理，电容量C＝ε*S/d，其中C表示电容容量，ε表示介电常数，S表示极板面积，d表示极板之间的距离。改变右边的三个物理量，均可改变电容量C。对角度物理量θ，一般采用改变极板面积S或距离的方法。由于极板面积S的变化量较小，变化量小，转轴松动，再加上电磁干扰，误差偏大，电容传感器工作时常出指示故障。这是公知的电容传感器的技术缺陷。

发明内容

为了克服公知的电容传感器的技术问题，本发明给出一种静电屏蔽的双联差动电容传感器。本发明针对公知的电容传感器的技术缺陷，提供了一种改进的技术方案：既用两组并联电容，同时改变两组极板面积S的方法，又采用全静电屏蔽的方法，还运用了差动电容方法。这样电容传感器，角度物理量θ可以精确地无干扰连续转换为电容量。双联差动电容传感器的技术方案如图4所示：在圆柱形密封盒内空心圆轴上安装左、中、右三片电极，其中左右两片电极固定，中片电极随空心轴转动。左右两片电极的结构类似双面覆铜板。左右两片电极外侧的圆覆铜片接地，形成静电屏蔽。左右两片电极的内侧是竖直的两个半圆覆铜片，并且左边半圆覆铜片和右边对应半圆覆铜片电镜像并联，形成双联电容的两个电极。中片电极由两片单面覆铜板制作。单面覆铜板的铜皮制作成水平方向的半圆覆铜片，两片单面覆铜板，铜皮朝外背对背粘接成中片电极。中片电极两面的半圆覆铜片并联后形成双联电容的一个共用电极，与左右两片的两个电极形成双联电容C1和C2。中片电极能够相对左右两片电极转动。初始位置θ＝0，左右两片的两个电极方向竖直，中片的电极方向水平，C1＝C2。转动空心轴，中片相对左右两片电极转动，角度变化，两个双联电容C1和C2，一个电容量增加，一个电容量减少。由于差动运算作用，电容量变化与转动角度成二倍正比关系，变化范围正反向0度到90度。

工作原理：角度物理量θ变化，即双联差动电容传感器沿自身轴向转动，中片相对左右两片电极转动，两个双联电容C1和C2，一个容量增加，一个容量减少，成正比关系。由于差动运算作用，电容容量变化与转动角度成二倍正比关系，可显著提高测量灵敏度和准确度。电容容量变化量经过运算放大器处理后输出代表角度变化的电量模拟量或数字量。实现了非电量物理量角度变换电量物理量角度的变化。由于采用差动运算，还有效减少了环境温度变化和电磁干扰引起的测量误差。

附图说明

图1是本发明双联差动电容传感器的左片电极结构图。

图2是本发明双联差动电容传感器的中片电极结构图。

图3是本发明双联差动电容传感器的右片电极结构图。

图4是本发明双联差动电容传感器的结构示意图。

其中：1、左固定螺丝(1)，2、左片电极(2)其中2.1、圆形屏蔽电极(2.1)，2.2、圆形绝缘层(2.2)，2.3、两个对称表面绝缘的半圆形电极(2.3)，2.4、轴承(2.4)，中片电极(3)其中3.1、表面绝缘的半圆形电极(3.1)，3.2、圆形绝缘层(3.2)，3.3、表面绝缘的半圆形电极(3.3)，4、右片电极(4)其中4.1、两个对称表面绝缘的半圆形电极(4.1)，4.2、圆形绝缘层(4.2)，4.3、圆形屏蔽电极(4.3)，4.4、轴承(4.4)，5、空心轴(5)，6、动片金属外引线(6)，7、右固定螺丝(7)，8、两组静片金属外引线，9、静电屏蔽引线(9)，10、圆柱形金属空心盒(10)。

具体实施方式

本发明双联差动电容传感器是这样加工的。如图1图3所示，材质选用双面覆铜板，用车床加工外半径为R1(R1＝50mm)，内半径R2(R2＝5mm)的圆片两片，标记左片电极(2)和右片电极(4)。左片电极(2)和右片电极(4)是镜像对称的。圆片的正面沿直径切开表面的覆铜板成两个对称的半圆形电极，圆片的绝缘层即双面覆铜板的绝缘层就是圆形绝缘层(2.2或4.2)，圆片的反面覆铜板就是圆形屏蔽电极。在圆片的反面垂直正面的直径方向切劣弧留小面积弓形，并把该弓形沿背面的直径方向切开分成两小半弓形块。在两小半弓形块打眼焊线，同正面的两个对称的半圆形电极电连接。把半圆形电极的焊接点磨平，贴上绝缘膜，就是两个对称表面绝缘的半圆形电极(2.3或4.1)。这样合起来就是左片电极(2)或右片电极(4)。如图2所示，材质选用单面覆铜板，用车床加工外半径为R1(R1＝50mm)，内半径R3(R3＝3mm)的圆片两片。把这两片圆片的正面覆铜板，腐蚀处理，只留一个半圆形电极。在半圆形电极上打孔焊线，把半圆形电极的焊接点磨平，贴上绝缘膜，就是两个表面绝缘的半圆形电极(3.1或3.3)。在这两片圆片的反面绝缘层刻槽，把反面焊接的引线连接后埋在槽内，引向圆心方向。再把两片圆片的反面涂胶，把半圆形电极对齐后粘接在一起，形成中片电极(3)。如图4所示，在空心轴(5)的中间打孔，把中片电极(3)的引线穿过孔，从空心轴(5)的轴心引出后，把中片电极(3)固定在空心轴(5)上。空心轴(5)转动，中片也同时随之转动。把轴承(2.4)镶在左片电极(2)上，把左片电极(2)装在空心轴上，注意两个对称表面绝缘的半圆形电极(2.3)要紧靠中片电极(3)的表面绝缘的半圆形电极(3.1)。同样把右片电极(4)镶上轴承后也装在空心轴上，两个对称表面绝缘的半圆形电极(4.1)要紧靠中片电极(3)的表面绝缘的半圆形电极(3.3)上，两个对称表面绝缘的半圆形电极(4.1)同左面的两个对称表面绝缘的半圆形电极(2.3)方向一致。在空心轴(5)装上左、右固定螺丝。把左片、右片两面的两小半弓形块对应焊点连接在一起，并联形成两对电极。这样两对电极同中片的半圆形电极形成两个双联电容C 1和C2。通过空心轴(5)转动动片即中片电极(3)，使C1＝C2，中片的表面绝缘的半圆形电极(3.1和3.3)的直径垂直于左片、右片的两个对称表面绝缘的半圆形电极(2.3和

4.1)的直径，此时为角度转动的起点θ＝0。把整体安装在圆柱形金属空心盒(10)内，双联差动电容传感器制作完毕。工作原理：角度变化，空心轴(5)转动，通过空心轴(5)转动中片，C1和C2一个容量增加，一个减少，实现差动放大，Δθ＝2ΔC，变化范围正负90度。再把左右两面的圆形屏蔽电极(2.1或4.3)焊接在一起接地，形成静电屏蔽层。静电屏蔽层能减少外部电磁对C1和C2的变化影响。采用左、右电极并联电容后，即使空心轴(5)转动时，中片有少许左右移位，双联电容C1和C2的容量亦不变。双联电容的有益效果是，即使空心轴(5)有少许左右移位，电容的变化量不受影响。这样就提高了双联差动电容传感器的抗干扰能力。双联差动电容传感器的全部电极安装在圆柱形金属空心盒(10)内。圆柱形金属空心盒(10)的有益作用是防止灰尘等杂物侵入。特别要指出的是从结构讲，本发明双联差动电容传感器是中片电极(3)相对左片电极(2)、右片电极(4)转动，同样也可采用中片固定，左右两片随空心轴(5)转动，原理相同，实验结论是相同的。

本发明双联差动电容传感器的有益效果是无机械触点，抗干扰强，工作可靠，使用寿命长，制作简单，成本低。双联差动电容传感器略加改变可用于液位、位移。加速度和震动等物理量的测量。

Claims (4)

1.双联差动电容传感器，主要由左片电极(2)、中片电极(3)和右片电极(4)组成，其特征是左片电极(2)内侧的两个对称表面绝缘的半圆形电极(2.3)与右片电极(4)内侧的两个对称表面绝缘的半圆形电极(4.1)镜像并联，形成双联电容的两个电极；中片电极(3)两面的表面绝缘的半圆形电极(3.1)和表面绝缘的半圆形电极(3.3)并联形成双联电容的共用电极；中片电极(3)的共用电极与并联的左片电极(2)和右片电极(4)的两个电极构成双联电容C1和C2；中片电极(3)与空心轴(5)联动；中片电极(3)能够相对左片电极(2)、右片电极(4)转动。

2.根据权利要求1所述的双联差动电容传感器，其特征是角度变化，空心轴(5)转动，中片电极(3)相对左片电极(2)、右片电极(4)转动，双联电容C1和C2，一个电容量增加，一个电容量减少。

3.根据权利要求1所述的双联差动电容传感器，其特征是左片电极(2)的圆形屏蔽电极(2.1)和右片电极(4)圆形屏蔽电极(4.3)接地。

4.根据权利要求1所述的双联差动电容传感器，其特征是该传感器的全部电极安装在圆柱形金属空心盒(10)。 

Images