CN109975371B - 一种电容式传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电容式传感器，包括接地电缆、通讯电缆、第一塑料中间件、第二塑料中间件、正极、PCB电路板、正极导线、接地导线、通讯导线和塑料外壳；第一塑料中间件包裹接地电缆和通讯电缆，且接地电缆和通讯电缆均位于第一塑料中间件的一侧；正极、正极导线、接地导线和通讯导线均位于第一塑料中间件的另一侧，且被塑料外壳包裹；正极包裹在第一塑料中间件的表面；PCB电路板设置在第二塑料中间件的表面；第二塑料中间件设置在第一塑料中间件上；使得电容式传感器内部各种导线能够紧绷，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Csens分为随粮食水分变化而变化的外部电容Cext，不随粮食水分变化的内部电容Cint两部分，如下所示：
Csens＝Cext+Cint (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：
Cext＝fext(MC,T,struct) (2)
Cint＝fint(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：
ΔCsens＝Csens1-Csens2＝(Cext1+Cint1)-(Cext2+Cint2) (4)
而Cext1、Cext2、Cint1、Cint2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：
Cext1＝fext(MC1,T1,struct1) (5)
Cext2＝fext(MC2,T2,struct2)＝fext(MC1+ΔMC,T1+ΔT,struct1+Δstruct) (6)
Cint1＝fint(struct1,electron1,lin1) (7)
Cint2＝fint(struct2,electron2,lin2)＝fint(struct1+Δstrcut,electron1+Δelectron,lin1+Δlin) (8)
将式(5-8)代入到式(4)中，近似可得：
ΔCsens＝ΔCext+ΔCint≈fext(ΔMC,ΔT,Δstruct)+fint(Δstruct,Δelectron,Δline) (9)
传感器对水分的灵敏度公式如式(10)所示：
Figure GDA0003207197810000021
其他影响因素对电容的影响都可以参照式(10)推导出来：
Figure GDA0003207197810000022
Figure GDA0003207197810000023
Figure GDA0003207197810000024
Figure GDA0003207197810000025
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，包括接地电缆、通讯电缆、第一塑料中间件、第二塑料中间件、正极、PCB电路板、正极导线、接地导线、通讯导线和塑料外壳；
所述第一塑料中间件包裹所述接地电缆和所述通讯电缆，且所述接地电缆和所述通讯电缆均位于所述第一塑料中间件的一侧；
所述正极、所述正极导线、所述接地导线和所述通讯导线均位于所述第一塑料中间件的另一侧，且被所述塑料外壳包裹；
所述正极包裹在所述第一塑料中间件的表面；
所述PCB电路板设置在所述第二塑料中间件的表面；
所述第二塑料中间件设置在所述第一塑料中间件上；
所述正极导线、所述接地导线、所述通讯导线、所述接地电缆、通讯电缆均与所述PCB电路板相连；
所述正极与所述正极导线相连。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述接地电缆和所述通讯电缆平行设置。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述接地电缆和所述通讯电缆之间的间距为3～10mm。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述PCB电路板的一端设置有正极接线端子，所述PCB电路板的另一端设置有接地接线端子和通讯接线端子；
所述正极导线与所述正极接线端子相连；
所述接地导线与所述接地接线端子相连；
所述通讯导线与所述通讯接线端子相连。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第二塑料中间件与所述第一塑料中间件可拆卸设置。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第二塑料中间件与所述第一塑料中间件之间通过卡扣结构设置，或，所述第二塑料中间件与所述第一塑料中间件之间通过螺栓组件设置。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第一塑料中间件通过挤出工艺将所述接地电缆和所述通讯电缆进行包裹。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述正极成U型金属片。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第二塑料件设置有开孔；
所述PCB电路板设在所述开孔处。
进一步地，上述所述的电容式传感器，所述第一塑料中间件、所述第二塑料中间件和所述塑料外壳的介电常数小于第一预设阈值，且所述第一塑料中间件、所述第二塑料中间件和所述塑料外壳的介电损耗小于第二预设阈值。
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，包括接地电缆、通讯电缆、第一塑料中间件、第二塑料中间件、正极、PCB电路板、正极导线、接地导线、通讯导线和塑料外壳；第一塑料中间件包裹接地电缆和通讯电缆，且接地电缆和通讯电缆均位于第一塑料中间件的一侧；正极、正极导线、接地导线和通讯导线均位于第一塑料中间件的另一侧，且被塑料外壳包裹；正极包裹在第一塑料中间件的表面；PCB电路板设置在第二塑料中间件的表面；第二塑料中间件设置在第一塑料中间件上；正极导线、接地导线、通讯导线、接地电缆、通讯电缆均与PCB电路板相连；正极与正极导线相连，使得电容式传感器内部各种导线能够紧绷，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示意图。
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示意图，如图1所示，本实施例的电容式传感器包括接地电缆、通讯电缆、第一塑料中间件12、第二塑料中间件11、正极13、PCB电路板、正极导线、接地导线、通讯导线和塑料外壳；第一塑料中间件12包裹接地电缆和通讯电缆，且接地电缆和通讯电缆均位于第一塑料中间件12的一侧；接地电缆和通讯电缆平行设置，二者之间的间距优选为3～10mm，这样可以使得地电缆和通讯电缆之间的信号影响较小，且由于二者均被包裹在第一塑料中间件12，使得二者走线可以紧绷优化了电容式传感器的走线结构，降低电容对各干走线结构的敏感度。其中，第一塑料中间件12通过挤出工艺将接地电缆和通讯电缆进行包裹，以使得接地电缆和通讯电缆固定牢固，不易出现松动现象。
本实施例中，正极13、正极导线、接地导线和通讯导线均位于第一塑料中间件12的另一侧，且被塑料外壳包裹，以避免金属裸露在外面；正极13包裹在第一塑料中间件12的表面，其优选为U型金属片；PCB电路板设置在第二塑料中间件11的表面，并将PCB电路板固定，从而防止PCB电路板晃动对电容造成影响。第二塑料中间件11设置在第一塑料中间件12上；正极导线、接地导线、通讯导线、接地电缆、通讯电缆均与PCB电路板相连；正极13与正极导线相连。
当采用本实施例的电容式传感器检测粮食水分时，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，包括接地电缆、通讯电缆、第一塑料中间件12、第二塑料中间件11、正极13、PCB电路板、正极导线、接地导线、通讯导线和塑料外壳；第一塑料中间件12包裹接地电缆和通讯电缆，且接地电缆和通讯电缆均位于第一塑料中间件12的一侧；正极13、正极导线、接地导线和通讯导线均位于第一塑料中间件12的另一侧，且被塑料外壳包裹；正极13包裹在第一塑料中间件12的表面；PCB电路板设置在第二塑料中间件11的表面；第二塑料中间件11设置在第一塑料中间件12上；正极导线、接地导线、通讯导线、接地电缆、通讯电缆均与PCB电路板相连；正极13与正极导线相连，使得电容式传感器内部各种导线能够紧绷，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，PCB电路板的一端设置有正极13接线端子，PCB电路板的另一端设置有接地接线端子和通讯接线端子；正极导线与正极13接线端子相连；接地导线与接地接线端子相连；通讯导线与通讯接线端子相连，使得正极导线在PCB电路板的一端，接地导线和通讯导线在PCB电路板的另一端。
本实施例中，为了方便用户对电容式传感器进行维修等，可以将第二塑料中间件11与第一塑料中间件12可拆卸设置。例如，二者之间可以通过卡扣结构实现可拆卸设置，也可以通过螺栓组件实现可拆卸设置。
进一步地，本实施例中，第二塑料件设置有开孔，PCB电路板设在开孔处。其中，该开孔优选为5*5mm的方孔。第一塑料中间件12、第二塑料中间件11和塑料外壳的介电常数小于第一预设阈值，且第一塑料中间件12、第二塑料中间件11和塑料外壳的介电损耗小于第二预设阈值。
本实施例的电容传感器的制作过程可以如下：
1、使用挤出工艺，将第一塑料中间件12包裹接地电缆、通讯电缆，两根电缆间距5mm；
2、在第二塑料中间件11上开一个5*5mm方孔；
3、将PCB电路板固定在塑料中间件的方孔旁；
4、将正极13放置在PCB电路板另一侧，不包裹接地电缆；
5、连接正极导线、接地导线、通讯导线；
6、使用注塑工艺制备塑料外壳，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 (10)

1.一种电容式传感器，其特征在于，包括接地电缆、通讯电缆、第一塑料中间件、第二塑料中间件、正极、PCB电路板、正极导线、接地导线、通讯导线和塑料外壳；
所述第一塑料中间件包裹所述接地电缆和所述通讯电缆，且所述接地电缆和所述通讯电缆均位于所述第一塑料中间件的一侧；
所述正极、所述正极导线、所述接地导线和所述通讯导线均位于所述第一塑料中间件的另一侧，且被所述塑料外壳包裹；
所述正极包裹在所述第一塑料中间件的表面；
所述PCB电路板设置在所述第二塑料中间件的表面；
所述第二塑料中间件设置在所述第一塑料中间件上；
所述正极导线、所述接地导线、所述通讯导线、所述接地电缆、通讯电缆均与所述PCB电路板相连；
所述正极与所述正极导线相连。
2.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述接地电缆和所述通讯电缆平行设置。
3.根据权利要求2所述的电容式传感器，其特征在于，所述接地电缆和所述通讯电缆之间的间距为3～10mm。
4.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述PCB电路板的一端设置有正极接线端子，所述PCB电路板的另一端设置有接地接线端子和通讯接线端子；
所述正极导线与所述正极接线端子相连；
所述接地导线与所述接地接线端子相连；
所述通讯导线与所述通讯接线端子相连。
5.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述第二塑料中间件与所述第一塑料中间件可拆卸设置。
6.根据权利要求5所述的电容式传感器，其特征在于，所述第二塑料中间件与所述第一塑料中间件之间通过卡扣结构设置，或，所述第二塑料中间件与所述第一塑料中间件之间通过螺栓组件设置。
7.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述第一塑料中间件通过挤出工艺将所述接地电缆和所述通讯电缆进行包裹。
8.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述正极成U型金属片。
9.根据权利要求1所述的电容式传感器，其特征在于，所述第二塑料中间 件设置有开孔；
所述PCB电路板设在所述开孔处。
10.根据权利要求1-9任一所述电容式传感器，其特征在于，所述第一塑料中间件、所述第二塑料中间件和所述塑料外壳的介电常数小于第一预设阈值，且所述第一塑料中间件、所述第二塑料中间件和所述塑料外壳的介电损耗小于第二预设阈值。
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