CN204831163U - 拍合电容式双电容传感器 - Google Patents
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Abstract
拍合电容式双电容传感器采用拍合电容原理，适用于对压力/力、位移、液位等各种物理量的测量，工艺简单、成本较低、用双电容处理非线性并消除环境温度对电容的影响，适用于单电源低电压宽范围工作。主要由电路板(1)、上极板(2)、中A极板(3)、中B极板(4)、拍合极板(5)、支撑杆（6）、橡胶垫(7)、定位销(8)、底板(9)组成。上极板和中A极板组成固定电容，中B极板和拍合极板组成拍合电容,构成双电容机构。两电容处于相同的空气环境中，固定电容极板距离固定不变，拍合电容极板距离随被测物理量而变化。电路设计为两电容相除，可实现电信号输出与极板变化量（位移量）成线性关系，并消除环境温度对电容的影响。
Description
技术领域
本实用新型属传感器领域。适用于对压力/力、位移、液位等各种物理量的测量，涉及多个行业。
背景技术
电容传感器是传感器领域非常重要的类别，电容传感器种类众多，用途极广，大多应用在工业等部门；电容式传感器按原理分主要有变极距式、变面积式、变介质式等多种，变极距式一般用来测量微小的线位移，变面积式多用于较大线位移的测量，变介质式则常用于物位测量和介质温度、密度等的测定；现有各类电容传感器因存在非线性处理复杂、成本高、工艺较复杂、环境影响大、对工作电源有一定要求等因素，限制了其普及推广应用。
发明内容
本实用新型拍合电容式双电容传感器采用拍合式变极距电容（以下称拍合电容）原理，工艺简单、成本较低、用双电容处理非线性并消除环境温度对电容的影响，因变换电路与双电容装在一起，引线极短，从而消除了分布电容对测量精度的影响，适用于单电源低电压宽范围工作。
拍合电容式双电容传感器是由电路板1、上极板2、中A极板3、中B极板4、拍合极板5、支撑杆6、橡胶垫7、定位销8、底板9组成。上极板和中A极板组成固定电容，中B极板和拍合极板组成拍合电容；固定电容和拍合电容构成双电容机构，见附图1和附图2。
拍合电容式双电容传感器工作原理简述如下：因固定电容和拍合电容处于相同的空气环境中，具有相同的电容率，固定电容极板距离固定不变，拍合电容极板距离随被测物理量而变化。
固定电容C=ε
拍合电容Cx=Kx×ε
式中：ε为空气电容率；
S为固定电容极板面积;
b为固定电容极板距离;
Sx为拍合电容极板面积；
h为拍合电容极板距离;
Kx拍合电容结构系数，由拍合电容尺寸决定
当因位移、压力等被测物理量作用于拍合极板，拍合极板绕O轴旋转，拍合极板间距变化量设为Δ，则拍合电容极板距离由初始值h0变化为h0+Δ，即拍合电容极板距离
h=h0+Δ
式中：h0为拍合电容极板初始距离
电路设计为两电容相除，即电路输出
U=Ku
式中：Ku为电路常数
推导后得到
U=(h0+Δ)
化简后有
U=U0+KΔ
式中：K=
U0=h0
从化简式可知电路输出与极板变化量（位移量）成线性关系。已消除环境温度对电容的影响。
附图说明
图1为拍合电容式双电容传感器结构示意图，图2为拍合电容式双电容传感器原理示意图。图中，1电路板、2上极板、3中A极板、4中B极板、5拍合极板、6支撑杆、7橡胶垫、8定位销、9底板。
具体实施方式
本实用新型拍合电容式双电容传感器主要由固定电容、拍合电容、电路板、橡胶垫、定位销、底板组成；各电容极板可由PCB板制作（也可通过其他方式实现），上极板2和拍合极板5由单面PCB制作，中极板（中A极板3、中B极板4）由双面PCB板制作，两面分别构成中A极板和中B极板；上极板和中极板间距固定不变，和电路板1由支撑杆6焊接固定在一起并安装在底板9上，支撑杆同时起到电连接的作用；拍合极板一端通过定位销8定位在底板上，由橡胶垫7使拍合极板与中极板形成转轴，拍合极板另一端与中极板之间形成拍合电容极板距离，当被测物理量作用于拍合极板时，拍合极板绕O轴旋转，构成拍合电容；拍合极板通过导线连接到电路板上，电路完成两电容相除的变换，实现微位移的线性电信号输出。
Claims (2)
1.拍合电容式双电容传感器，由电路板（1）、上极板（2）、中A极板（3）、中B极板（4）、拍合极板（5）、支撑杆（6）、橡胶垫（7）、定位销（8）和底板（9）组成，其特征在于：上极板和中A极板组成固定电容，中B极板和拍合极板组成拍合电容，构成双电容结构，均处于相同的空气环境中，固定电容极板距离固定不变，拍合电容极板距离随被测物理量而变化，电路设计为两电容相除，电路完成随被测物理量的变化而线性输出电信号。
2.根据权利要求1中所述拍合电容式双电容传感器，其特征在于：拍合电容由中B极板（4）和拍合极板（5）组成，拍合极板一端由定位销（8）通过橡胶垫（7）定位在底板（9）上，当被测物理量作用于拍合极板时，拍合极板绕O轴旋转，拍合电容极板间距随被测物理量变化而变化。
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