CN203298784U - 转子式差动电容传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及非电量传感器领域，特别涉及一种转子式差动电容传感器。转子式差动电容传感器由管状定子，圆柱状转子，圆柱状转子的金属轴和圆柱状转子两侧的固定轴承组成，其特征是管状定子外表是整体的管子，管状定子的外层由非导电材料制造，管状定子的内层由导电材料制造的两个对称的半圆环形金属薄层。本实用新型圆柱状转子式差动电容传感器的有益效果是无机械触点，转动灵活，差动电容容量变化均匀，抗干扰强，工作可靠，使用寿命长，制作简单，制作成本低，外衔接方便。圆柱状转子式差动电容传感器略加改变可用于液位、位移、加速度和震动等非电量物理量的测量。

Description

转子式差动电容传感器
技术领域
本实用新型涉及非电量传感器领域，特别涉及一种圆柱状转子式差动电容传感器。
背景技术
在科学研究和工程控制技术实践中，非电量物理量是工程控制不可或缺的重要参数，但是非电量物理量不是电量，不能同电子仪器直接链接，更不能同计算机等工控仪器兼容，因此非电量物理量需要借助电阻或电容转换成电量物理量。以电容为例，根据电容器原理，电容量C＝ε*S/d，其中C表示电容容量，ε表示介电常数，S表示极板面积，d表示极板之间的间距。改变极板面积或极板之间的间距，均可改变电容量C。对角度物理量θ，一般采用改变极板面积S的方法改变电容的容量。由于二维平板的极板面积S较小，极板间距离不易控制过小，故电容容量小(几十PF)。在工作即转动时，电容极板间距离变化或引线的位置变化会产生容量干扰。再加上电磁干扰，容量变化的误差偏大，电容传感器工作时常出指示故障。这是公知的电容传感器的技术缺陷。本实用新型也是改变极板面积S的方法改变电容的容量，解决公知的电容传感器的技术缺陷的思路是通过改变极板形状，从二维平面到三维立体，提高电容的容量。如果电容的容量提高到(几百到几千PF)，差动电容传感器可大大减少容量干扰。
实用新型内容
为了克服公知的差动电容传感器的平面二维电极极板面积小容量小的技术缺陷，本实用新型给出一种立体三维圆柱状圆柱状转子式差动电容传感器。改进的转子技术方案：变二维平面电极成三维的圆柱形的电极。由圆形的面积S＝∏*R*R，圆柱形的面积S＝2*∏*R*H，R＝H时，圆柱形的面积至少两倍大于圆形的面积。如果H＞＞R，三维的圆柱形的电容容量可以几十、几百倍于二维的平板电容。本实用新型选用立体圆柱状转子电极，代替平面电极。由于转子式差动电容极板间的距离可以控制很小，故电容的容量较大。
圆柱状转子式差动电容传感器由管状定子，圆柱状转子，圆柱状转子的金属轴和圆柱状转子两侧的固定轴承组成，其特征是管状定子外表是整体的管子，管状定子的外层由非导电材料制造，管状定子的内层由导电材料制造的两个对称的半圆环形金属薄层。两个对称的半圆环形金属薄层是差动电容的两个电极，用导电引线引出。圆柱状转子由非导电材料的圆柱，导电的金属轴和半圆柱面导电薄层组成，其特征是半圆柱面导电薄层和导电的金属轴电连接。半圆柱面导电薄层是差动电容的公用电极，通过导电的金属轴引出。管状定子和圆柱状转子，两者互不接触，圆柱状转子自由转动。定子的两个对称的半圆环形金属薄层与转子的半圆柱面导电薄层的公用电极构成C1和C2。控制缩小管状定子和圆柱状转子间的距离，提高电容的容量。
工作原理说明：起初位置，角度＝0度，定子的两个对称的半圆环形金属薄层的直径垂直于转子的半圆柱面导电薄层的直径，C1＝C2；角度变化，既转子转动，两个电容C1和C2，一个电容容量增加，另一个电容容量减少。转动90度，角度＝90度，一个电容容量最大，另一个电容容量最小，接近零。电容容量呈现差动变化，即差动运算。由于差动运算作用，电容量变化与转动角度成二倍正比关系，变化范围正反向0度到90度。差动电容容量变化与转动角度成二倍正比关系，可显著提高角度传感器测量灵敏度和准确度。电容容量变化量经过运算放大器处理后输出代表角度变化的电量模拟量或数字量。实现了非电量物理量角度变换电量物理量角度的变化。由于采用差动运算，还有效减少了环境温度变化和电磁干扰引起的测量误差。
附图说明
图1是本实用新型圆柱状圆柱状转子式差动电容传感器的结构示意图。其中：1、固定轴承(左)，其中1.1、轴承内套，1.2、滚珠，1.3、轴承外套，1.4、绝缘轴承支架，2、管状定子，其中2.1、非导电管层，2.2、半圆环形金属薄层(上)，2.3、半圆环形金属薄层(下)，3、圆柱状转子，其中3.1、半圆柱面导电薄层，3.2、非导电材料的圆柱，3.3、导电的金属轴，4、固定轴承(右)，结构同左，5、导电金属轴的外引线，6、半圆环形金属薄层(上)外引线，7、半圆环形金属薄层(下)外引线，8、导电金属轴外机械衔接丝扣。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型圆柱状圆柱状转子式差动电容传感器是这样加工的。管状定子制作：材质选用上海生产的Ф50铜塑管(管的外壁是工程塑料，管的内壁是薄铜管)，切割成100毫米长的短节。首先用线切割把铜塑管内壁的薄铜管，沿直径一分为二，把铜塑管内壁薄铜管切割成两个对称的两个半圆环形，铜塑管外壁的塑料层不切割。这样加工后的铜塑管，从外部看仍是完整的管，其内部是两个对称的两个半圆环形铜电极＝半圆环形金属薄层，管状定子就制作成功。为保证管状定子铜塑管沿管轴方向的同心，用圆磨床从管内适当磨切修正。同心后，在两个半圆环形铜电极(上、下)的一端各引出电极引线，就是C1和C2的两根电极引线。圆柱状转子制作：材质选用工程塑料棒，用车床加工成直径略微小于管状定子内经，长度80毫米的圆棒，两侧留出的长度安装轴承。沿圆柱棒的轴线打孔，装入导电的金属轴。在导电的金属轴的一端安装外机械衔接装置。用塑料电镀方法，在圆棒的圆柱形表面镀半圆环形导电膜，把半圆环形导电膜与导电的金属轴电连接，在半圆环形导电膜表面喷涂绝缘层，共用电极引线与导电的金属轴电连接。圆柱状转子的半圆环形导电膜，通过导电的金属轴的引线是C1和C2的共用电极。圆柱状转子制作成功。把圆柱状转子装入管状定子，在管状定子的两端装上轴承，密封后，圆柱状圆柱状转子式差动电容传感器制作成功。使用方法：机械固定圆柱状圆柱状转子式差动电容传感器的定子，通过外机械衔接装置转动圆柱状转子或反向使用，固定转子，转动定子。
本实用新型圆柱状圆柱状转子式差动电容传感器的有益效果是无机械触点，转动灵活，电容容量较大，差动电容容量变化均匀，抗干扰强，工作可靠，使用寿命长，制作简单，制作成本低，外衔接方便。圆柱状圆柱状转子式差动电容传感器略加改变可用于液位、位移、加速度和震动等非电量物理量的测量。

Claims (4)

1.转子式差动电容传感器，由管状定子，圆柱状转子，圆柱状转子的金属轴和圆柱状转子两侧的固定轴承组成，其特征是管状定子外表是整体的管子，管状定子的外层由非导电材料制造，管状定子的内层由导电材料制造的两个对称的半圆环形金属薄层。 
2.按照权利要求1所述的转子式差动电容传感器，转子式差动电容传感器的圆柱状转子由非导电材料的圆柱，导电的金属轴和半圆柱面导电薄层组成，其特征是半圆柱面导电薄层和导电的金属轴电连接。 
3.按照权利要求1所述的转子式差动电容传感器，其特征是管状定子和圆柱状转子，两者互不接触，圆柱状转子自由转动。 
4.按照权利要求1所述的转子式差动电容传感器，其特征是导电的金属轴的一端安装外机械衔接装置。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108088477A (zh) * 2016-11-21 2018-05-29 清华大学 翘板式电容差分传感器及传感系统
CN111024213A (zh) * 2019-12-27 2020-04-17 安徽芯淮电子有限公司 柔性电容式振动传感器及其制作方法

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