CN109781801B

CN109781801B - 一种电容式传感器

Info

Publication number: CN109781801B
Application number: CN201910172608.5A
Authority: CN
Inventors: 李太斌; 孔令龙; 朱世华; 陈斌
Original assignee: Beijing Jiahua Chuliang Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Jiahua Chuliang Technology Co ltd
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: CN109781801A

Abstract

本发明实施例公开了一种电容式传感器，包括第一负极、第一固定件、正极、第二固定件、第二负极、支撑件、PCB电路板、第一连接部件、第二连接部件和第三连接部件；第一负极、第一固定件、正极、第二固定件、第二负极分别套设在支撑件上，且依次接触；支撑件内设有PCB电路板的凹槽；第一连接部件、第二连接部件和第三连接部件均设置在PCB电路板上，且分别与第一负极、正极连接、第二负极连接；PCB电路板还设置有电源接口、接地端子、通讯接口，使得电容式传感器内部布置较少的导线，减少了各结构件之间的晃动，从而降低电容对各干扰因素的敏感度，有效避免了电容式传感器的电容值不会因为电容式传感器的姿态变化而改变。

Description

一种电容式传感器

技术领域

本发明实施例涉及电容式传感器技术领域，具体涉及一种电容式传感器。

背景技术

电容传感器是一种常用的检测手段。以粮食水分检测为例，电容式传感器的工作原理是：水分传感器以粮食为电容器介质。当粮食品种一定时，粮食水分(含水率)决定粮食介电常数，粮食介电常数决定电容器电容，电容器电容决定传感器输出模拟信号的值。上位机等设备接收到传感器输出信号后，以相反的方向解析即可得到水分值。传感器电容C_sens分为随粮食水分变化而变化的外部电容C_ext，不随粮食水分变化的内部电容C_int两部分，如下所示：

C_sens＝C_ext+C_int (1)

其中，外部电容除了粮食水分MC以外，还受温度T、结构件尺寸struct等因素影响，而内部电容受结构件struct、电子元器件electron、导线走线lin等影响，如下所示：

C_ext＝f_ext(MC，T，struct) (2)

C_int＝f_int(struct，electron，lin) (3)

在测量过程中，不同条件下传感器电容会发生变化，而传感器电容变化量是内外的电容的变化量之和：

ΔC_sens＝C_sens1-C_sens2＝(C_ext1+C_int1)-(C_ext2+C_int2) (4)

而C_ext1、C_ext2、C_int1、C_int2的表达式如下展开，ΔMC、ΔT、Δstruct、Δelectron、Δlin分别为水分、温度、结构件、电子元器件、导线走线在传感器1和传感器2的差异：

C_ext1＝f_ext(MC₁，T₁，struct₁) (5)

C_ext2＝f_ext(MC₂，T₂，struct₂)＝f_ext(MC₁+ΔMC，T₁+ΔT，struct₁+Δstruct) (6)

C_int1＝f_int(struct₁，electron₁，lin₁) (7)

C_int2＝f_int(struct₂，electron₂，lin₂)＝f_int(struct₁+Δstrcut，electron₁+Δelectron，lin₁+Δlin) (8)

将式(5-8)代入到式(4)中，近似可得：

ΔC_sens＝ΔC_ext+ΔC_int≈f_ext(ΔMC，ΔT，Δstruct)+f_int(Δstruct，Δelectron，Δline) (9)

传感器对水分的灵敏度公式如式(10)所示：

其他影响因素对电容的影响都可以参照式(10)推导出来：

显而易见，除了式(10)表示的对粮食水分的灵敏度，设计者希望越大越好以外，其他都是干扰，希望越小越好。因此，如何降低电容对各干扰因素的敏感度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种电容式传感器，以降低电容对各干扰因素的敏感度。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明的实施方式的第一方面中，提供了一种电容式传感器，包括第一负极、第一固定件、正极、第二固定件、第二负极、支撑件、PCB电路板、第一连接部件、第二连接部件和第三连接部件；

所述第一负极、所述第一固定件、所述正极、所述第二固定件、所述第二负极分别套设在所述支撑件上，且所述第一负极、所述第一固定件、所述正极、所述第二固定件、所述第二负极依次接触；

所述支撑件内设有凹槽，所述PCB电路板放置于所述凹槽中；

所述第一连接部件、所述第二连接部件和所述第三连接部件均设置在所述PCB电路板上，且所述第一连接部件与所述第一负极连接，所述第二连接部件与所述正极连接，所述第三连接部件与所述第二负极连接；

所述PCB电路板还设置有电源接口、接地端子、通讯接口。

进一步地，上述所述的电容式传感器，还包括第一限位部件和第二限位部件；

所述第一限位部件嵌入所述支撑件靠近所述第一负极的一端，所述第一限位部件对所述第一负极进行限位；

所述第二限位部件嵌入所述支撑件靠近所述第二负极的一端，所述第二限位部件对所述第二负极进行限位。

进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第一限位部件和所述第二限位部件均为螺丝。

进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第一负极和所述正极分别插入所述第一固定件的两端；

所述第二负极和所述正极分别插入所述第二固定件的两端。

进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第一连接部件、所述第二连接部件和所述第三连接部件均为簧片。

进一步地，上述所述的电容式传感器，还包括第一卡箍和第二卡箍；

所述第一卡箍套设在所述支撑件靠近所述第一负极的一端，卡紧所述第一负极；

所述第二卡箍套设在所述支撑件靠近所述第二负极的一端，卡紧所述第二负极。

进一步地，上述所述的电容式传感器，所述支撑件包括架体、第一盖板和第二盖板；

所述第一盖板和所述第二盖板分别设置在所述架体上，且位于所述凹槽的两侧。

进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第一固定件、所述第二固定件和所述支撑件的介电常数均小于第一预设阈值，且所述第一固定件、所述第二固定件和所述支撑件的介电损耗均小于第二预设阈值。

根据本发明的实施方式，具有如下优点：

本发明实施例的电容式传感器，包括第一负极、第一固定件、正极、第二固定件、第二负极、支撑件、PCB电路板、第一连接部件、第二连接部件和第三连接部件；第一负极、第一固定件、正极、第二固定件、第二负极分别套设在支撑件上，且第一负极、第一固定件、正极、第二固定件、第二负极依次接触；支撑件内设有凹槽，PCB电路板放置于凹槽中；第一连接部件、第二连接部件和第三连接部件均设置在PCB电路板上，且第一连接部件与第一负极连接，第二连接部件与正极连接，第三连接部件与第二负极连接；PCB电路板还设置有电源接口、接地端子、通讯接口，使得电容式传感器内部布置较少的导线，减少了各结构件之间的晃动，从而降低电容对各干扰因素的敏感度，有效避免了电容式传感器的电容值不会因为电容式传感器的姿态变化而改变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明的一实施例提供的电容式传感器的结构的爆炸图；

图2为图1中第一固定架的剖面图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的一实施例提供的电容式传感器的结构的爆炸图，图2为图1中第一固定架的剖面图，如图1所示，本实施例的电容式传感器包括第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14、支撑件15、PCB电路板16、第一连接部件17、第二连接部件18和第三连接部件19。

第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14分别套设在支撑件15上，且第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14依次接触；例如，本实施例中第一负极10、正极12、第二负极14、第一固定件11第二固定件13的形状均优选为圆形；第一负极10、正极12、第二负极14的内径与支撑件15的外径相同。如图2所示，第一固定件11包括端部内径和中间内径，第一固定件11的中间内径的尺寸与支撑件15的外径相同，第一固定件11的端部内径优选为比第一负极10、正极12、第二负极14的外径大0.4-0.6mm，使得第一负极10和正极12分别插入第一固定件11的两端，其插入距离优选为1-3mm。同理，第二固定件13的结构采用与第一固定件11相同的结构实现，第二负极14和正极12分别插入第二固定件13的两端。

本实施例中，可以在支撑件15内设置凹槽，并将PCB电路板16放置于凹槽中，以防止PCB电路板16晃动，对检测的电容产生影响。其中，支撑件15包括架体、第一盖板和第二盖板；第一盖板和第二盖板分别设置在架体上，且位于凹槽的两侧。第一连接部件17、第二连接部件18和第三连接部件19均设置在PCB电路板16上，与各自对应的驱动电路相连，且第一连接部件17与第一负极10连接，第二连接部件18与正极12连接，第三连接部件19与第二负极14连接，从而减少电容式传感器的导线数量，减少了自身对电容的干扰。其中，第一连接部件17、第二连接部件18和第三连接部件19均优选为簧片。

PCB电路板16还设置有电源接口、接地端子、通讯接口，当电源接口、接地端子、通讯接口分别与对应的导线连接后，PCB电路板16驱动相应的电极工作，完成对粮食水分的检测。例如，粮食水分决定粮食节点常数，进而决定电容式传感器的电容，电容传感器经由通讯电缆发送给上位机，由上位机计算出粮食中的水分。

本发明实施例的电容式传感器，包括第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14、支撑件15、PCB电路板16、第一连接部件17、第二连接部件18和第三连接部件19；第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14分别套设在支撑件15上，且第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14依次接触；支撑件15内设有凹槽，PCB电路板16放置于凹槽中；第一连接部件17、第二连接部件18和第三连接部件19均设置在PCB电路板16上，且第一连接部件17与第一负极10连接，第二连接部件18与正极12连接，第三连接部件19与第二负极14连接；PCB电路板16还设置有电源接口、接地端子、通讯接口，使得电容式传感器内部布置较少的导线，减少了各结构件之间的晃动，从而降低电容对各干扰因素的敏感度，有效避免了电容式传感器的电容值不会因为电容式传感器的姿态变化而改变。

在一个具体实现过程中，本实施例的电容式传感器，还包括第一限位部件和第二限位部件；第一限位部件嵌入支撑件15靠近第一负极10的一端，第一限位部件对第一负极10进行限位；第二限位部件嵌入支撑件15靠近第二负极14的一端，第二限位部件对第二负极14进行限位，以确保第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14之间紧密接触。其中，第一限位部件和第二限位部件均优选为螺丝。

如图2所示，为了防止第一负极10、第二负极14晃动，本实施例的电容式传感器还包括第一卡箍20和第二卡箍21；第一卡箍20套设在支撑件15靠近第一负极10的一端，卡紧第一负极10；第二卡箍21套设在支撑件15靠近第二负极14的一端，卡紧第二负极14。

在一个具体实现过程中，第一固定件11、第二固定件13和支撑件15的介电常数均小于第一预设阈值，且第一固定件11、第二固定件13和支撑件15的介电损耗均小于第二预设阈值。

本实施例的电容传感器的制作过程可以如下：

1、将与外界连接的电源接口、接地端子、通讯接口、第一连接部件17、第二连接部件18和第三连接部件19分别焊接在PCB电路板16上；

2、将PCB电路板16用螺丝固定在支撑件15内部的凹槽上；

3、将第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14依次套在支撑件15上，第一连接部件17与第一负极10接触、第二连接部件18与正极12接触、第三连接部件19与第二负极14接触；

4、将第一限位部件顶着第一负极10，拧入支撑件15靠近第一负极10的一端，第二限位部件顶着第二负极14，拧入支撑件15靠近第二负极14的一端，

5、从两头加紧第一负极10、第一固定件11、正极12、第二固定件13、第二负极14，制作完成。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种电容式传感器，其特征在于，包括第一负极(10)、第一固定件(11)、正极(12)、第二固定件(13)、第二负极(14)、支撑件(15)、PCB电路板(16)、第一连接部件(17)、第二连接部件(18)和第三连接部件(19)；

所述第一负极(10)、所述第一固定件(11)、所述正极(12)、所述第二固定件(13)、所述第二负极(14)分别套设在所述支撑件(15)上，且所述第一负极(10)、所述第一固定件(11)、所述正极(12)、所述第二固定件(13)、所述第二负极(14)依次接触；

所述支撑件(15)内设有凹槽，所述PCB电路板(16)放置于所述凹槽中；

所述第一连接部件(17)、所述第二连接部件(18)和所述第三连接部件(19)均设置在所述PCB电路板(16)上，且所述第一连接部件(17)与所述第一负极(10)连接，所述第二连接部件(18)与所述正极(12)连接，所述第三连接部件(19)与所述第二负极(14)连接；

所述PCB电路板(16)还设置有电源接口、接地端子、通讯接口；

还包括第一限位部件和第二限位部件；

所述第一限位部件嵌入所述支撑件(15)靠近所述第一负极(10)的一端，所述第一限位部件对所述第一负极(10)进行限位；

所述第二限位部件嵌入所述支撑件(15)靠近所述第二负极(14)的一端，所述第二限位部件对所述第二负极(14)进行限位；

还包括第一卡箍(20)和第二卡箍；

所述第一卡箍(20)套设在所述支撑件(15)靠近所述第一负极(10)的一端，卡紧所述第一负极(10)；

所述第二卡箍套设在所述支撑件(15)靠近所述第二负极(14)的一端，卡紧所述第二负极(14)；

所述支撑件(15)包括架体、第一盖板和第二盖板；

所述第一盖板和所述第二盖板分别设置在所述架体上，且位于所述凹槽的两侧；

所述第一固定件(11)、所述第二固定件(13)和所述支撑件(15)的介电常数均小于第一预设阈值，且所述第一固定件(11)、所述第二固定件(13)和所述支撑件(15)的介电损耗均小于第二预设阈值。

2.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述第一限位部件和所述第二限位部件均为螺丝。

3.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述第一负极(10)和所述正极(12)分别插入所述第一固定件(11)的两端；

所述第二负极(14)和所述正极(12)分别插入所述第二固定件(13)的两端。

4.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述第一连接部件(17)、所述第二连接部件(18)和所述第三连接部件(19)均为簧片。