CN103673863A

CN103673863A - 一种电容传感器

Info

Publication number: CN103673863A
Application number: CN201310643375.5A
Authority: CN
Inventors: 蒋伟平; 程晓炜; 叶德超; 金鑫杰; 李辉; 史训兵
Original assignee: ZHEJIANG ZHONGXIN POWER MEASUREMENT AND CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG ZHONGXIN POWER MEASUREMENT AND CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种电容传感器，特点是陶瓷绝缘环上设置有定位凸环，金属外套的内壁设置有限位凸环，高温硬质电缆与陶瓷绝缘环相连，芯极包括卡位环和连接杆，陶瓷绝缘环的一端设置有卡位腔，高温硬质电缆中的高温芯线与连接杆固定连接，高温硬质电缆的金属外屏蔽层上焊接固定有金属压套，金属压套顶接在定位凸环上，金属压套的外表面与金属外套固定连接；优点是陶瓷绝缘环被卡紧固定在金属外套内，不用进行表面金属化，高温探头与高温硬质电缆连接牢固，可防止零件掉入并破坏被测系统，且焊接均在金属间进行，因此可采用激光焊接；高温硬质电缆和低温软质电缆的搭配即保证了耐高温特性，又降低了成本，为设备的在线监测提供了便利。

Description

一种电容传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是一种电容传感器。

背景技术

高温电容传感器是一种应用于航空发动机叶尖间隙在线测量的传感器，因此电容传感器要具有高灵敏性、高准确性、气密性、强抗干扰性及耐高温性（能耐1200℃）。

目前有种电容传感器中将陶瓷绝缘环进行表面金属化，然后采用钎焊的工艺与金属外套固定连接，其有以下几点不足之处：第一，将陶瓷绝缘环表面金属化不仅成本较高，而且工艺难度高，且陶瓷的表面不能均匀的金属化，影响了钎焊的质量，从而不能保证良好的气密性；第二，陶瓷绝缘环只能采用可以进行表面金属化的95陶瓷，而95陶瓷在400-600℃的时候电容值会产生突变，在高温下不能满足电气绝缘性能，因此该种电容传感器无法在高温环境中工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种一种耐高温、高准确性、强抗干扰及连接可靠的电容传感器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电容传感器，包括高温探头、高温硬质电缆和低温软质电缆，所述的高温探头包括芯极、陶瓷绝缘环和金属外套，所述的陶瓷绝缘环的外壁上向外凸起设置有定位凸环，所述的金属外套的内壁向内凸起设置有与所述的定位凸环相配合的限位凸环，所述的芯极包括卡位环和连接杆，所述的陶瓷绝缘环的一端设置有与所述的卡位环相配合的卡位腔，所述的高温硬质电缆包括金属外屏蔽层和高温芯线，所述的高温芯线与所述的连接杆固定连接，所述的金属外屏蔽层上焊接固定有金属压套，所述的金属压套的端部顶接在所述的定位凸环上，所述的定位凸环位于所述的限位凸环和所述的金属压套之间，所述的金属压套的外表面通过焊接与所述的金属外套固定连接。

所述的陶瓷绝缘环的材料采用99氧化铝陶瓷，所述的陶瓷绝缘环的环壁上最薄处的壁厚为0.2mm，所述的芯极及所述的金属外套的材料采用与所述的99氧化铝陶瓷的热膨胀系数最相近的可伐合金。高纯度99氧化铝陶瓷的主要性能特点是硬度高、有很好的耐磨性、耐蚀性和耐高温性能，可在1600℃高温下长期使用，并具有良好的电气绝缘性能，在高频下的电绝缘性能尤为突出；可伐合金是一种含镍29%、钴17%的硬玻璃铁基封接合金，该合金有较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，可伐合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好的可塑性，切削加工方便。

所述的高温硬质电缆还包括高温内绝缘层、高温内屏蔽层和高温外绝缘层，所述的高温芯线的材料为纯镍丝，所述的高温内绝缘层与所述的高温外绝缘层的材料均为氧化镁，所述的高温内屏蔽层与所述的金属外屏蔽层的材料均为因康镍600合金，所述的高温芯线的外径的取值范围为0.2mm~0.6mm，所述的高温内绝缘层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.4mm，所述的高温内屏蔽层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.3mm，所述的高温外绝缘层的层壁厚度的取值范围为0.6mm~1.1mm，所述的金属外屏蔽层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.32mm。这种同轴的两层绝缘层两层屏蔽层的结构能有效保证抗干扰性，从而提高该电容传感器的测量结果的准确性；外界干扰受到高温外屏蔽层的屏蔽作用，不会对高温内屏蔽层造成不良影响，因此保证高温芯线中的传感信号也不受影响。因康镍600合金具有很好的耐还原、氧化及氮化介质腐蚀的性能，且在室温及高温时都具有很好的耐应力腐蚀开裂性能和机械性能，同时还具有很好的耐干燥氯气和氯化氢气体腐蚀的性能。

所述的金属压套与所述的金属外套通过激光焊接固定连接，所述的金属压套通过激光焊接与所述的金属外屏蔽层固定连接，所述的高温芯线通过激光焊接与所述的连接杆固定连接。激光焊接主要具有以下优点：（1）可将输入热量降到最低的需要量，热影响区的金属的金相变化范围小，且因热传导引起的变形较小；（2）激光焊可以聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件；（3）可以焊接不同物性的两种金属；（4）焊接薄材或细径材料时，不易产生回熔的麻烦；（5）易于以自动化进行高速焊接，可以通过数位控制或电脑控制。

所述的陶瓷绝缘环的另一端设置有固定腔，所述的固定腔的内壁与所述的芯极之间固定嵌设有金属固定环，所述的金属固定环通过激光焊接与所述的芯极固定连接。进一步增强芯极与陶瓷绝缘环的固定连接效果。

所述的低温软质电缆包括低温芯线、低温内绝缘层、低温内屏蔽层、低温外绝缘层、低温外屏蔽层和软质护套，所述的低温芯线、所述的低温内屏蔽层及所述的低温外屏蔽层的材料均为镀银铜，所述的低温内绝缘层与所述的低温外绝缘层的材料均为聚全氟乙丙烯，所述的低温芯线的外径的取值范围为0.2mm~0.3mm，所述的低温内绝缘层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.4mm，所述的低温内屏蔽层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.4mm，所述的低温外绝缘层的层壁厚度的取值范围为0.5mm~1.5mm，所述的低温外屏蔽层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.4mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过限位凸环与金属压套的相互配合将定位凸环卡紧，使陶瓷绝缘环被固定在金属外套内，不用进行表面金属化，因此陶瓷绝缘环的材料可以采用耐高温性更好的99氧化铝陶瓷；陶瓷绝缘环的一端设置的卡位腔与卡位环相配合，且高温硬质电缆中的高温芯线与连接杆固定连接，同时高温硬质电缆的金属外屏蔽层上焊接固定有金属压套，而金属压套的外表面通过焊接与金属外套固定连接，因此通过结构上的定位和卡位保证高温探头与高温硬质电缆的牢固连接，可以防止部分零件脱落，掉入被测的系统造成破坏；由于焊接均在金属之间进行，因此可方便的采用满足耐高温要求的激光焊接工艺；通过使用高温硬质电缆和低温软质电缆的搭配即保证了耐高温特性，又降低了高温电容传感器的制造成本，同时为设备的在线监测提供了便利。

附图说明

图1为本发明的局部结构剖视图一；

图2为本发明的局部结构剖视图二；

图3为本发明的局部结构剖视图三。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：一种电容传感器，包括高温探头、高温硬质电缆和低温软质电缆，如图1所示，高温探头包括采用99氧化铝陶瓷的陶瓷绝缘环11和均采用与99氧化铝陶瓷的热膨胀系数最相近的可伐合金的芯极12及金属外套13，陶瓷绝缘环11的环壁上最薄处的壁厚D为D=0.2mm，芯极12包括卡位环121和连接杆122，陶瓷绝缘环11的一端设置有与卡位环121相配合的卡位腔，高温硬质电缆包括金属外屏蔽层21和高温芯线22，高温芯线22通过激光焊接与连接杆122固定连接，陶瓷绝缘环11的外壁上向外凸起设置有定位凸环112，金属外套13的内壁向内凸起设置有与定位凸环112相配合的限位凸环131，金属外屏蔽层21上通过激光焊接固定连接有金属压套4，金属压套4的端部顶接在定位凸环112上，定位凸环112位于限位凸环131和金属压套4之间，金属压套4的外表面通过激光焊接与金属外套13固定连接，陶瓷绝缘环11的另一端设置有固定腔，固定腔的内壁与芯极12之间固定嵌设有金属固定环5，金属固定环5通过激光焊接与连接杆122固定连接。

如图2所示，高温硬质电缆还包括高温内绝缘层23、高温内屏蔽层24和高温外绝缘层25，高温芯线22的材料为纯镍丝，高温内绝缘层23与高温外绝缘层25的材料均为氧化镁，高温内屏蔽层24与金属外屏蔽层21的材料均为因康镍600合金，高温芯线22的外径的值为0.2mm，高温内绝缘层23的层壁厚度的值为0.2mm，高温内屏蔽层24的层壁厚度的值为0.2mm，高温外绝缘层25的层壁厚度的值为0.6mm，金属外屏蔽层21的层壁厚度的值为0.2mm。

如图3所示，低温软质电缆包括低温芯线31、低温内绝缘层32、低温内屏蔽层33、低温外绝缘层34、低温外屏蔽层35和软质护套36，低温芯线31、低温内屏蔽层33及低温外屏蔽层35的材料均为镀银铜，低温内绝缘层32与低温外绝缘层34的材料均为聚全氟乙丙烯，低温芯线31的外径的值为0.2mm，低温内绝缘层32的层壁厚度的值为0.2mm，低温内屏蔽层33的层壁厚度的值为0.2mm，低温外绝缘层34的层壁厚度的值为0.5mm，低温外屏蔽层35的层壁厚度的值为0.2mm。

实施例二：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于高温芯线22的外径的值为0.6mm，高温内绝缘层23的层壁厚度的值为0.4mm，高温内屏蔽层24的层壁厚度的值为0.3mm，高温外绝缘层25的层壁厚度的值为1.1mm，金属外屏蔽层21的层壁厚度的值为0.32mm。

低温芯线31的外径的值为0.3mm，低温内绝缘层32的层壁厚度的值为0.4mm，低温内屏蔽层33的层壁厚度的值为0.4mm，低温外绝缘层34的层壁厚度的值为1.5mm，低温外屏蔽层35的层壁厚度的值为0.4mm。

实施例三：其余部分与实施例一相同，其不同之处在于高温芯线22的外径的值为0.4mm，高温内绝缘层23的层壁厚度的值为0.3mm，高温内屏蔽层24的层壁厚度的值为0.25mm，高温外绝缘层25的层壁厚度的值为0.8mm，金属外屏蔽层21的层壁厚度的值为0.26mm。

低温芯线31的外径的值为0.25mm，低温内绝缘层32的层壁厚度的值为0.3mm，低温内屏蔽层33的层壁厚度的值为0.3mm，低温外绝缘层34的层壁厚度的值为1mm，低温外屏蔽层35的层壁厚度的值为0.3mm。

以上实施例中所使用的99氧化铝陶瓷在常温下的耐电压强度为8000V/mm，通过对99氧化铝陶瓷的电气—温度性能试验可得：99氧化铝陶瓷的耐电压强度随温度的上升有略微的变弱，在1200℃的时候抗压强度约为6000V/mm，电容传感器在陶瓷绝缘环11的环壁上最薄处的最大电压为50V，若按耐电压强度计算该最小厚度D为D=0.0083mm，但此厚度不可能通过现有的陶瓷制作工艺达到，因此结合陶瓷的制作工艺取该最小厚度D为D=0.2mm。

Claims

1.一种电容传感器，其特征在于包括高温探头、高温硬质电缆和低温软质电缆，所述的高温探头包括芯极、陶瓷绝缘环和金属外套，所述的陶瓷绝缘环的外壁上向外凸起设置有定位凸环，所述的金属外套的内壁向内凸起设置有与所述的定位凸环相配合的限位凸环，所述的芯极包括卡位环和连接杆，所述的陶瓷绝缘环的一端设置有与所述的卡位环相配合的卡位腔，所述的高温硬质电缆包括金属外屏蔽层和高温芯线，所述的高温芯线与所述的连接杆固定连接，所述的金属外屏蔽层上焊接固定有金属压套，所述的金属压套的端部顶接在所述的定位凸环上，所述的定位凸环位于所述的限位凸环和所述的金属压套之间，所述的金属压套的外表面通过焊接与所述的金属外套固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种电容传感器，其特征在于所述的陶瓷绝缘环的材料采用99氧化铝陶瓷，所述的陶瓷绝缘环的环壁上最薄处的壁厚至少为0.2mm，所述的芯极及所述的金属外套的材料采用与所述的99氧化铝陶瓷的热膨胀系数最相近的可伐合金。

3.根据权利要求1所述的一种电容传感器，其特征在于所述的高温硬质电缆还包括高温内绝缘层、高温内屏蔽层和高温外绝缘层，所述的高温芯线的材料为纯镍丝，所述的高温内绝缘层与所述的高温外绝缘层的材料均为氧化镁，所述的高温内屏蔽层与所述的金属外屏蔽层的材料均为因康镍600合金，所述的高温芯线的外径的取值范围为0.2mm~0.6mm，所述的高温内绝缘层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.4mm，所述的高温内屏蔽层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.3mm，所述的高温外绝缘层的层壁厚度的取值范围为0.6mm~1.1mm，所述的金属外屏蔽层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.32mm。

4.根据权利要求3所述的一种电容传感器，其特征在于所述的金属压套与所述的金属外套通过激光焊接固定连接，所述的金属压套通过激光焊接与所述的金属外屏蔽层固定连接，所述的高温芯线通过激光焊接与所述的连接杆固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种电容传感器，其特征在于所述的陶瓷绝缘环的另一端设置有固定腔，所述的固定腔的内壁与所述的芯极之间固定嵌设有金属固定环，所述的金属固定环通过激光焊接与所述的芯极固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种电容传感器，其特征在于所述的低温软质电缆包括低温芯线、低温内绝缘层、低温内屏蔽层、低温外绝缘层、低温外屏蔽层和软质护套，所述的低温芯线、所述的低温内屏蔽层及所述的低温外屏蔽层的材料均为镀银铜，所述的低温内绝缘层与所述的低温外绝缘层的材料均为聚全氟乙丙烯，所述的低温芯线的外径的取值范围为0.2mm~0.3mm，所述的低温内绝缘层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.4mm，所述的低温内屏蔽层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.4mm，所述的低温外绝缘层的层壁厚度的取值范围为0.5mm~1.5mm，所述的低温外屏蔽层的层壁厚度的取值范围为0.2mm~0.4mm。