CN108508066B - 一种电容探头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电容探头，包括带有内螺纹孔的传感器头和传感器身，其特征在于，所述的传感器身包括带有内腔的绝缘壳，绝缘壳的开口端带有与传感器头相配合的外螺纹，绝缘壳内腔底部安装探头，探头包括同轴的极芯和金属壳，极芯的一端伸出金属壳，由绝缘环座和绝缘环身组成的T字形的绝缘环套装在探头的极芯上，在绝缘环的外侧套装屏蔽环，屏蔽环的端部设置有一级环状台阶。本发明具有消除寄生电容的作用。

Description

一种电容探头

技术领域

本发明涉及一种电容探头，属于传感器技术领域。

背景技术

在油气田开采中，常使用罐体进行存贮和处理，传统检测多使用人工取样化验方式，但伴有测量精度低、工作强度大、安全系数低等缺点；随着嵌入式技术发展，更多地按介电常数的不同，间接地通过检测电容值来区分罐体内介质，但以现有技术检测到的电容值区间小，轻微的他物干扰会影响最终的检测准确度，因此电容探头的设计是整个检测装置的核心。单极芯的介质检测电容探头本身的电容量很小，因而受不稳定的寄生电容影响较大，导致介质检测的电容值量程范围缩小，传感器特性易发生干扰。寄生电容虽数值小，但却是引起干扰的重要原因。单极芯探头外用四氟乙烯等绝缘塑料做电容介质，该塑料材质虽绝缘效果好，但本身易受热胀冷缩以及塑料强度问题等都会影响电容值。现有的探头极板与周围体(各种介质甚至人体)产生电容联系，本发明结构硬件采用金属铜屏蔽环硬件采集消除杂散电容，同时通过软件在最终环节计算有效介质电容时核减掉屏蔽环收集的寄生电容。

发明内容

本发明针对现有的电容探头存在寄生电容影响测量结果的问题，提供一种电容探头。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电容探头，包括带有内螺纹的中孔的传感器头和上端带有外螺纹的传感器身，其特征在于，所述的传感器身包括带有内腔的绝缘壳，绝缘壳的开口端带有与传感器头相配合的外螺纹，绝缘壳内腔底部安装探头，探头包括同轴的极芯和金属壳，极芯的一端伸出金属壳，由绝缘环座和绝缘环身组成的T字形的绝缘环套装在探头的极芯上，在绝缘环的外侧套装屏蔽环，屏蔽环的端部设置有一级环状台阶。绝缘壳为一端封闭而另一端敞开的圆管状。

绝缘环是塑料材质，屏蔽环是金属铜材质。绝缘壳是聚四氟乙烯材质，极芯为金属铜材质。金属壳和屏蔽环都具有屏蔽电容的作用。屏蔽环的端部设置有一级环状台阶，其作用是利于更好焊接(电路板板上的引线焊接在金属铜屏蔽环上，因为金属铜散热很快，电烙铁放置于金属环的一瞬间，温度降低，焊接困难，有这一级环状台阶作用比较大)，其次，极芯的端部也可设置一级台阶，实现相似的作用。

在上述技术方案的基础上，本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性，还可以对上述的技术方案作出如下的改进：

进一步，所述的金属壳的外径、绝缘环座的外径、屏蔽环的外径与绝缘壳内腔的直径相等。这样的设计为了使极芯、绝缘环和屏蔽环稳定的套装在绝缘壳的内腔中。

进一步，所述的绝缘壳包括带有内腔的中心壳体，中心壳体上端设置有与中心壳体同轴的螺纹柱和倒置的圆台，圆台下底的直径大于螺纹柱的外径，且圆台和螺纹柱之间留有间隙。螺纹柱用于与传感器头的内孔连接，圆台可以用于限制传感器头的位置，也起到一定的密封作用。

进一步，所述的传感器头的中孔包括内螺纹孔部和限位孔部，限位孔部的直径小于内螺纹孔部的直径。限位孔的设计用于限制传感器头的位置，也起到一定的密封作用。

进一步，所述的传感器头的端面上设置有两个螺钉孔。螺钉孔用于安装电子电路板。

本发明的优点在于：因极芯嵌入在圆柱金属壳内的部分产生了芯对壳的寄生电容，采用等势激励的极芯同心环屏蔽掉不利的寄生电容。激励电压：电容电阻串联系统的总电压；等势：集成芯片输出到极芯和屏蔽环的电压相同相等。屏蔽环这段金属柱对探头上部有支撑作用，克服热胀冷缩和装配工艺工程中对聚四氟乙烯绝缘材料的影响以及电容值的变化。实际意思是极芯套在外面的塑料壳体内，如果圆柱极芯的高度低于塑料外壳的高度，在上部会留有空间，油罐温度的差异将使塑料外壳发生形变，如果极芯和塑料外壳等高度，有没有屏蔽环的消除寄生电容作用，将影响采集电容的准确性，寄生电容的大小对整个电容测试有很大影响。。

附图说明

图1为本发明一种电容探头的外部结构示意图；

图2为图1的A-A方向剖视图；

图3为传感器头的立体结构示意图；

图4为探头的结构示意图；

图5为绝缘环的结构示意图；

图6为屏蔽环的结构示意图；

图7为传感器身的立体结构示意图。

附图标记记录如下：1-传感器头，1.1-限位孔部，1.2-内螺纹孔部，1.3- 螺钉孔部，2-传感器身，2.1-绝缘壳,2.1.1-中心壳体，2.1.2-圆台，2.1.3- 螺纹柱，2.2-探头，2.3-绝缘环，2.4-屏蔽环，2.2.1-金属壳，2.2.2-极芯。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种电容探头(参见图1-图7)，包括带有内螺纹的中孔的传感器头1 和上端带有外螺纹的传感器身2(参见图1、图2、图3和图7)，所述的传感器身2包括带有内腔的绝缘壳2.1，绝缘壳2.1的开口端带有与传感器头相配合的外螺纹，绝缘壳2.1内腔底部安装探头2.2，探头2.2包括同轴的极芯2.2.2和金属壳2.2.1(参见图2和图4)，极芯2.2.2的一端伸出金属壳2.2.1，由绝缘环座和绝缘环身组成的T字形的绝缘环2.3套装在探头的极芯2.2.2上，在绝缘环2.3的外侧套装屏蔽环2.4，屏蔽环2.4的端部设置有一级环状台阶。

在上述技术方案的基础上，本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性，还可以对上述的技术方案作出如下的改进，以下的改进可以单独或者共同实施在上述实施例的技术方案中：

所述的金属壳2.2.1的外径、绝缘环座的外径、屏蔽环的外径与绝缘壳 2.1内腔的直径相等。

所述的绝缘壳2.1包括带有内腔的中心壳体2.1.1(参见图7)，中心壳体2.1.1上端设置有与中心壳体同轴的螺纹柱2.1.3和倒置的圆台2.1.2，圆台2.1.2下底的直径大于螺纹柱的外径，且圆台和螺纹柱之间留有间隙。

所述的传感器头1的中孔包括内螺纹孔部1.2和限位孔部1.1，限位孔部的直径小于内螺纹孔部的直径(参见图2)。

所述的传感器头1的端面上设置有两个螺钉孔1.3(参见图3)。

电容式传感器电容主要由介质电容和寄生电容组成，寄生电容又称死电容，是测量中的干扰值。死电容的存在直接导致了传感器灵敏度的降低，通过公式计算知，当传感器探头几何形状一定时，传感器探头的死电容越小，则传感器的Q值越高，整个传感器探头灵敏度越高。使用同心金属环结构可以屏蔽掉一定极芯对金属壳的不利电容，加之与极芯等势的激励作用，使寄生电容对介质电容可以忽略不计。

使用黄铜材质制作的与极芯同心的同心环作消除寄生电容的结构器件。同时使用与极芯相同的电势激励进一步消除极芯对外金属壳的对地寄生电容。(使用金属环与芯线等电位，进而消除了芯线对屏蔽的容性漏电，克服了寄生电容的影响，而内外层之间的电容Cx变成了驱动放大器的负载，电容传感器由于受几何尺寸的限制，其容量都是很小的，一般仅几个pF到几十pF。因C太小，故容抗XC＝1/ωc很大，为高阻抗元件；所以，驱动放大器可以看成是一个输入阻抗很高，且具有容性负载，放大倍数为1的同相放大器)。从结构上看，如果用屏蔽线直接连接极芯，没有屏蔽环，极芯与金属壳中空位置留有空间，在装配过程和温度引起的热胀冷缩，最终影响介质电容值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电容探头，包括带有内螺纹的中孔的传感器头和上端带有外螺纹的传感器身，其特征在于，所述的传感器身包括带有内腔的绝缘壳，绝缘壳的开口端带有与传感器头相配合的外螺纹，绝缘壳内腔底部安装探头，探头包括同轴的极芯和金属壳，极芯的一端伸出金属壳，由绝缘环座和绝缘环身组成的T字形的绝缘环套装在探头的极芯上，在绝缘环的外侧套装屏蔽环，屏蔽环的端部设置有一级环状台阶。

2.根据权利要求1所述的电容探头，其特征在于，所述的金属壳的外径、绝缘环座的外径、屏蔽环的外径与绝缘壳内腔的直径相等。

3.根据权利要求1所述的电容探头，其特征在于，所述的绝缘壳包括带有内腔的中心壳体，中心壳体上端设置有与中心壳体同轴的螺纹柱和倒置的圆台，圆台下底的直径大于螺纹柱的外径，且圆台和螺纹柱之间留有间隙。

4.根据权利要求1所述的电容探头，其特征在于，所述的传感器头的中孔包括内螺纹孔部和限位孔部，限位孔部的直径小于内螺纹孔部的直径。

5.根据权利要求1所述的电容探头，其特征在于，所述的传感器头的端面上设置有两个螺钉孔。

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