CN111426336A - 一种新型电容信号位置传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电熨斗技术领域，特别涉及一种新型电容信号位置传感器，包括上盖、及与上盖配合构成密封腔体的下盖，下盖上固定设有至少三根相互绝缘的金属导针，腔体内设有一个可随着腔体倾斜而自由滚动的金属球和液体介质，金属球在腔体内滚动时与其中一根金属导针非可靠接触，液体介质用于增大金属球和金属导针非可靠接触时的电容量。本发明提供的一种新型电容信号位置传感器，相较于空气介质的传感器增大了金属球与其非可靠接触的金属导针之间的电容量，增加了电容量的变化比例，进而提高了传感器的信号强度和传感器的可靠性；同时结构简单，较现有技术中的传感器节省了生产成本，简化了传感器的组装。
Description
技术领域
本发明涉及电熨斗技术领域，特别涉及一种新型电容信号位置传感器。
背景技术
电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。目前的电容式传感器通常由外壳、以及安装于外壳内的感应极板、固定结构和检测芯片构成。其中，感应极板通常是单独制造的，其对生产设备的精度要求很高，否则很容易造成感应极板的大小不一，进而影响测量精度；另外，在将感应极板、固定结构、检测芯片等组件组装起来时，其对安装的精度同样要求很高，这对生产设备提出了很高的要求，且组装费时。
因此，为了解决上述现有的电容式传感器的制备复杂、精度低、小型化的难度大的缺点，本公司申请的一篇申请号为201210422577.2的发明专利，提出了一种电容式传感器的感应装置，包括上盖、与上盖配合的印刷电路板、以及位于上盖与印刷电路板构成的空腔内的三颗金属球，将印刷电路板固定于上盖上即组成一个完成的电容式传感器的感应装置。
但上述专利中，传感器需要印刷电路板、上盖、下盖、导针及若干金属球经过多道组件才能完成，并且由于提及限制，由金属球之间引起的电容量变化量较小，且在实际使用过程中容易受到外界环境的干扰。
发明内容
为解决上述现有技术中电容式传感器的组装工序复杂、电容变化量小的不足，本发明提供的一种新型电容信号位置传感器可以提高传感器的电容变化量比例，从而提高信号强度，并简化组件结构和工序，降低生产成本。
本发明提供的一种新型电容信号位置传感器，包括上盖、及与所述上盖配合构成密封腔体的下盖，所述下盖上固定设有至少三根相互绝缘的金属导针，所述腔体内设有一个可随着所述腔体倾斜而自由滚动的金属球和液体介质，所述金属球在所述腔体内滚动时与其中一个所述金属导针非可靠接触，所述液体介质用于增大所述金属球和所述金属导针非可靠接触时的电容量。
进一步地，所述金属导针包括第一金属导针、第二金属导针和第三金属导针，所述第一金属导针与所述下盖固定连接且电性导通。
进一步地，所述第二金属导针和所述第三金属导针与所述下盖绝缘连接且相对所述下盖两侧均有伸出。
进一步地，所述第一金属导针、所述第二金属导针和所述第三金属导针分别与测量电路相连接，用以读取所述金属球与其相非可靠接触的所述金属导针之间的电容量。
进一步地，所述上盖与所述下盖熔接固定连接，所述上盖内腔一端的宽度大于另一端的宽度，以使所述传感器在侧放时所述金属球的位置与所述传感器平放时的位置相同。
进一步地，所述上盖内腔的高度大于所述金属球的直径，所述上盖内腔最窄处大于所述金属球的直径。
进一步地，所述液体介质为水、丙三醇和乙二醇的混合溶液。
进一步地，所述上盖和所述下盖的材质为钢、铜、铝或铁。
进一步地，所述金属导针的材质为钢、铜、铝或铁。
进一步地，所述金属球的材质为钢、铜、铝或铁。
与现有技术相比，本发明提供的一种新型电容信号位置传感器，通过设置上盖和下盖密封构成密封腔体，在下盖上设置若干相互绝缘的金属导针，密封腔体内设置可滚动的金属球和液体介质；本发明提供的一种新型电容信号位置传感器，相较于空气介质的传感器增大了金属球与其非可靠接触的金属导针之间的电容量，增加了电容量的变化比例，进而提高了传感器的信号强度和传感器的可靠性；同时，结构简单，较现有技术中的传感器节省了生产成本，简化了传感器的组装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的传感器的结构示意图；
图2为本发明提供的传感器的爆炸图；
图3为本发明提供的上盖的示意图；
图4为本发明提供的传感器空气介质与液体介质的对比表。
附图标记：
10上盖 11下盖 20金属导针
21第一金属导针 22第二金属导针 23第三金属导针
30金属球
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1、图2所示，本发明提供的一种新型电容信号传感器，包括上盖10、及与所述上盖10配合构成密封腔体的下盖11，所述下盖11上固定设有至少三根相互绝缘的金属导针20，所述腔体内设有一个可随着所述腔体倾斜而自由滚动的金属球30和液体介质，所述金属球30在所述腔体内滚动时与其中一个所述金属导针20非可靠接触，所述液体介质用于增大所述金属球30和所述金属导针20非可靠接触时的电容量。
具体实施时，如图1所示，上盖10与下盖11通过焊接熔接密封构成密封腔体，上盖10和下盖11的材质均为金属，上盖10和下盖11的材质为钢、铜、铝或铁，较佳地，本实施例中上盖10和下盖11的材质为钢；下盖11上固定设有至少三根相互绝缘的金属导针20，金属导针20的材质为钢、铜、铝或铁，较佳地，本实施例中金属导针20的材质为钢。
如图1、图2所示，上盖10和下盖11构成的密封腔体内设有一个可随着腔体倾斜而自由滚动的金属球30和液体介质，金属球30的材质为钢、铜、铝或铁，较佳地，本实施例中金属球30的材质为钢；金属球30在腔体内滚动时，与其中一个金属导针20相非可靠接触，金属球30与其相非可靠接触的金属导针20之间的电容量大于金属球30未与其相非可靠接触的金属导针20之间的电容量。
如图1、图2所示，具体地，本实施例中金属导针20的数量为三个，金属导针20包括相互绝缘的第一金属导针21、第二金属导针22和第三金属导针23，第一金属导针21朝向上盖10的一侧未穿过下盖11，即第一金属导针21相对未伸出于下盖11的一侧、第一金属导针21未位于密封腔体内；第一金属导针21与下盖11点焊焊接连接，第一金属导针21与下盖11之间电性导通，金属球30位于密封腔体内与下盖11接触，即与第一金属导针21接触导通。
如图1、图2所示，第二金属导针22和第三金属导针23通过玻璃珠烧结与下盖11烧结绝缘固定连接，第二金属导针22和第三金属导针23分别位于第一金属导针21的两侧，第二金属导针22和第三金属导针23相对下盖11两侧均有伸出，第二金属导针22和第三金属导针23朝向上盖10的一侧均穿过下盖11位于密封腔体内；玻璃珠烧结为现有技术中常见的烧结，在此不再赘述。
较佳地，第一金属导针21、第二金属导针22和第三金属导针23分别与测量电路电性连接，测量电路用以读取金属球30与第一金属导针21和第二金属导针22或第三金属导针23之间的电容量，测量电路为现有技术中常见的测量电路，在此不再赘述。
如图3所示，较佳地，上盖10内腔一端的宽度大于另一端的宽度，上盖10内腔宽度最窄处大于金属球30的直径，上盖10内腔的高度大于金属球30的直径；金属球30可以在上盖10和下盖11构成的密封腔体内滚动，同时确保传感器在侧放时，金属球30的位置与传感器平放时的位置相同。
根据电容量C≈ε*S/d，d为金属球30与金属导针20接触时存在的间隙，或是金属球30氧化层导致与其金属导针20接触时存在的间隙，因此，金属球30与金属导针20为非可靠接触；S为金属球30与金属导针20接触面的表面积，ε为腔体内空间材质决定的介电常数。设置第一金属导针21与第二金属导针22之间的电容量为C12，第一金属导针21与第三金属导针23之间的电容量为C23。
如图4所示，当腔体内为空气时，ε的值为1，金属球30与其相非可靠接触的金属导针20之间的电容量和金属球30未与其相非可靠接触的金属导针20之间的电容量差值为0.1PF；空气介质的传感器由于基础容量和容量差值较小，空气介质的传感器容易受到外界环境的影响，为此需要采用引脚密封等手段进行保护，增加了生产成本。
如图4所示，当腔体内为液体时，ε的值为80，金属球30与其相非可靠接触的金属导针20之间的电容量和金属球30未与其相非可靠接触的金属导针20之间的电容量差值为90PF；液体介质不仅增大了基础电容量，还增大了金属球30与其非可靠接触的金属导针20之间的电容量，增加了电容量的变化比例，进而提高了传感器的信号强度和传感器的可靠性。
具体地，液体介质为水、丙三醇和乙二醇的混合溶液，水、丙三醇和乙二醇的体积比比例为2:1:2，采用水、丙三醇和乙二醇的混合溶液作为液体介质，降低乙二醇的粘度，使得金属球30可以在密封腔体内灵活滚动，受金属球30重力的作用，确保金属球30与下盖11或上盖10接触；同时降低了液体的冰点，使得液体介质在-10摄氏度的环境下无法结冰，在100摄氏度或高于100摄氏度的环境下，液体介质无法沸腾从而无法影响电容量的测量读取和电容传感器的性能。
本发明提供的一种新型电容信号位置传感器，在实际生产组装时，如图1、图2所示，首先将上盖10倒扣使上盖10的内腔朝上，接着放入金属球30至上盖10内，加入液体介质，然后盖上已设有金属导针20的下盖11，将上盖10和下盖11沿两者的接缝处焊接熔接。
在实际测量时，如图1、图2所示，第一金属导针21、第二金属导针22和第三金属导针23均与测量电路电性连接，测量电路测量并读取金属球30分别与第二金属导针22和第三金属导针23之间电容量值，液体介质不仅增大了基础电容量，还增大了金属球30与其非可靠接触的金属导针20之间的电容量。
在实际运行传感器位置发生变化时，如图1、图2、图4所示，金属球30在密封腔体内移动与第二金属导针22或第三金属导针23非可靠接触，金属球30与第二金属导针22非可靠接触时电容值为C12明显大于C23，金属球30与第三金属导针23非可靠接触时电容值为C23明显大于C12。
与现有技术相比，本发明提供的一种新型电容信号位置传感器，通过设置上盖和下盖密封构成密封腔体，在下盖上设置若干相互绝缘的金属导针，密封腔体内设置可滚动的金属球和液体介质；本发明提供的一种新型电容信号位置传感器，相较于空气介质的传感器增大了金属球与其非可靠接触的金属导针之间的电容量，增加了电容量的变化比例，进而提高了传感器的信号强度和传感器的可靠性；同时，结构简单，较现有技术中的传感器节省了生产成本，简化了传感器的组装。
尽管本文中较多的使用了诸如上盖、下盖、金属导针和金属球等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：包括上盖(10)、及与所述上盖(10)配合构成密封腔体的下盖(11)，所述下盖(11)上固定设有至少三根相互绝缘的金属导针(20)，所述腔体内设有一个可随着所述腔体倾斜而自由滚动的金属球(30)和液体介质，所述金属球(30)在所述腔体内滚动时与其中一个所述金属导针(20)非可靠接触，所述液体介质用于增大所述金属球(30)和所述金属导针(20)非可靠接触时的电容量。
2.根据权利要求1所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述金属导针(20)包括第一金属导针(21)、第二金属导针(22)和第三金属导针(23)，所述第一金属导针(21)与所述下盖(11)固定连接且电性导通。
3.根据权利要求2所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述第二金属导针(22)和所述第三金属导针(23)与所述下盖(11)绝缘连接且相对所述下盖(11)两侧均有伸出。
4.根据权利要求3所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述第一金属导针(21)、所述第二金属导针(22)和所述第三金属导针(23)分别与测量电路相连接，用以读取所述金属球(30)与其相非可靠接触的所述金属导针(20)之间的电容量。
5.根据权利要求2所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述上盖(10)与所述下盖(11)熔接固定连接，所述上盖(10)内腔一端的宽度大于另一端的宽度，以使所述传感器在侧放时所述金属球(30)的位置与所述传感器平放时的位置相同。
6.根据权利要求5所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述上盖(10)内腔的高度大于所述金属球(30)的直径，所述上盖(10)内腔最窄处大于所述金属球(30)的直径。
7.根据权利要求1所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述液体介质为水、丙三醇和乙二醇的混合溶液。
8.根据权利要求1所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述上盖(10)和所述下盖(11)的材质为钢、铜、铝或铁。
9.根据权利要求1所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述金属导针(20)的材质为钢、铜、铝或铁。
10.根据权利要求1所述的一种新型电容信号位置传感器，其特征在于：所述金属球(30)的材质为钢、铜、铝或铁。
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| CN202010255404.0A CN111426336A (zh) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 一种新型电容信号位置传感器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114235015A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-25 | 厦门芯阳科技股份有限公司 | 位置传感器 |
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2020
- 2020-04-02 CN CN202010255404.0A patent/CN111426336A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN114235015B (zh) * | 2021-12-20 | 2024-03-22 | 厦门芯阳科技股份有限公司 | 位置传感器 |
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