CN205185240U - 点电极电容传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种点电极电容传感器，包括点电极电容器和与点电极电容器连接的电容测量单元，所述点电极电容器的两极为分设在模具静模和动模上的点电极以及金属电极，所述点电极和金属电极均与电容测量单元连接。本实用新型的点电极电容传感器采用了两极分设在模具的动模和静模上的点电极电容器结构，不受模腔表面结构的影响，使得点电极电容传感器可以安装在表面结构复杂的模具模腔内，灵活度较高且适应性较广。本实用新型可广泛应用于注塑领域。

Description

点电极电容传感器

技术领域

本实用新型涉及注塑领域，尤其是一种点电极电容传感器。

背景技术

在高分子成型过程中，特别是注塑过程，在线实时测量或者检测高分子熔体在注塑模具中的状态，对于整个注塑过程的检测和最终产品质量的预测具有至关重要的作用。

传统的注塑过程中熔体在注塑模具内的状态检测方法主要包括：

1）、通过测量模腔压力、模腔表面温度等其他变量来间接推测出模具中熔体的状态，但该方法操作起来不够简便。

2）、在模具中安装玻璃模腔，通过高速相机拍摄高分子熔体在模具中的状态。该方法提供了较好的实验信息，但是由于熔体在玻璃表面与其在工业中所使用的金属模具表面的流动及传热过程完全不同，该方法无法应用到工业中，应用范围较小。

3）、通过超声脉冲反射法来检测熔体在模具中流动的状态。该方法根据高分子和空气对超声波的不同衰减度来检测熔体前端在模具中流动的位置。在模具中，安装多个传感器，当熔体前端流动到传感器的安装位置时，超声脉冲反射回来的振幅立即发生变化，由此得到熔体在模具中流动的位置。但是，该方法只能在传感器安装的位置检测到熔体的前端，只能提供间断的或者离散的熔体流动状态的信息，不够准确。

为了克服以上缺陷，有人提出了采用平板电容传感器（由平板电容器和相应的电容值测量电路）的方法来检测熔体在注塑模具内的状态。但该方法中平板电容器的两极难以安装在表面结构复杂的模具模腔（如非平面结构的模具模腔）内，灵活度较低且适用性较窄。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是：提供一种灵活度较高和适用性较广的点电极电容传感器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

点电极电容传感器，包括点电极电容器和与点电极电容器连接的电容测量单元，所述点电极电容器的两极为分设在模具静模和动模上的点电极以及金属电极，所述点电极和金属电极均与电容测量单元连接。

进一步，所述点电极设置在模具动模的顶针上，所述金属电极设置在模具的静模上。

进一步，所述点电极设置在模具的静模上，所述金属电极设置在模具的动模上。

进一步，还包括嵌套和螺线栓，所述点电极中轴肩的上部与模具的定位孔配合实现向上方向的定位，所述点电极中轴肩的下部通过嵌套与螺线栓的配合，实现向下方向的定位。

进一步，所述点电极中轴肩的下部还设置有与电容测量单元连接的接线孔。

进一步，在所述点电极与嵌套之间还设置有绝缘层。

进一步，所述电容测量单元包括电容电压转换电路、模数转换器和采集模块，所述点电极和金属电极均与电容电压转换电路连接，所述电容电压转换电路的输出端通过模数转换器进而与采集模块的输入端连接。

进一步，所述点电极和金属电极分设于模具模腔的两侧。

本实用新型点电极电容传感器的有益效果是：采用了两极分设在模具的动模和静模上的点电极电容器结构，不受模腔表面结构的影响，使得点电极电容传感器可以安装在表面结构复杂的模具模腔内，灵活度较高且适应性较广。进一步，直接利用顶针作为点电极，不需要对模具结构进行改动，更加方便和普遍适用。进一步，还包括嵌套和螺线栓，点电极通过轴肩与嵌套、螺线栓之间的互相配合来实现点电极的定位，使得点电极在承受模腔内塑料的压力同时保证极板未进入模腔，更加可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型点电极电容传感器的整体结构图；

图2为注塑机的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一中点电极电容传感器的结构示意图；

图4为本实用新型电容测量单元的电路结构框图。

附图标记：1、点电极；2、绝缘层；3、嵌套；4、螺线栓；5、接线孔；6、轴肩；7和10、静模；8、模腔；9、动模；11、浇口；12、加热圈；13、螺杆；14、测量物体；15、接地电极。

具体实施方式

参照图1，点电极电容传感器，包括点电极电容器和与点电极电容器连接的电容测量单元，所述点电极电容器的两极为分设在模具静模7和动模上的点电极1以及金属电极，所述点电极1和金属电极均与电容测量单元连接。

进一步作为优选的实施方式，所述点电极1设置在模具动模的顶针上，所述金属电极设置在模具的静模7上。

本实用新型可以通过将顶针进行特殊设计后（例如加绝缘层），直接利用顶针作为点电极。这种情况下，点电极就是在模具的动模上（因为顶针一般都是在动模上），此时与点电极对应的金属电极直接就是模具对应的金属表面，即与点电极绝缘层内部分对应的面积。这种设计的好处是不需要对模具进行改动（因为每个模具都一定有顶针），十分方便且易于实现。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述点电极1设置在模具的静模7上，所述金属电极设置在模具的动模上。

本实用新型也可以将点电极安装于模具的静模上，使点电极引出的信号线不需要随模具动模的变动而变动，以令得到的信号更加稳定。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括嵌套3和螺线栓4，所述点电极1中轴肩6的上部与模具的定位孔配合实现向上方向的定位，所述点电极1中轴肩6的下部通过嵌套3与螺线栓4的配合，实现向下方向的定位。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述点电极1中轴肩6的下部还设置有与电容测量单元连接的接线孔5。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，在所述点电极1与嵌套3之间还设置有绝缘层2。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述电容测量单元包括电容电压转换电路、模数转换器和采集模块，所述点电极1和金属电极均与电容电压转换电路连接，所述电容电压转换电路的输出端通过模数转换器进而与采集模块的输入端连接。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述点电极1和金属电极分设于模具模腔8的两侧。

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一

参照图3，本实用新型的第一实施例：

为了解决以平板形状为主的产品（例如手机外壳）的在线测量的需求，目前已经有人设计加工出了平板型电容传感器。该电容传感器利用安装在型腔两侧的两个平板型电极感知模腔内的塑料熔体状态。实验结果发现平板型电容器可以正确有效地在线测量平板型塑料产品在模腔内的材料状态，但是平板型电容器无法安装在模腔表面结构复杂的塑料产品模具内。基于这种需求，本实用新型设计了一种新型的点电极电容传感器来解决复杂表面塑料产品的在线测量问题。

本实用新型的点型传感器既可以通过阵列的形式起到平板型电容传感器的作用，也可以合理布局在非平面表面结构的模具中，适用性更广。本实用新型的电容传感器极板设计为单点形状（一般为3~6mm圆形），可被分别布局在进胶口、最后填充位置、最后冷却位置等注塑过程的关键点处。点电极电容器通过抗干扰电缆，将电极板通过插口连接到电容值测量单元，从而获得注塑过程关键点处材料电容值的变化信号，并根据该变化信号触发相应的显示控制信号，达到探知过程信息的目的。

本实用新型的点电极电容器的测量结构示意图如图3所示，点电极与接地电极板之间构成电容器。当被测塑料熔体置于上述两电极之间时，熔体作为介质取代空气介质引起电容值升高，此外熔体的材料状态、厚度、模具温度等因素也会影响注塑过程中电容值的变化。因此，将此构型应用在模具中就可以通过实时监测电容值而监测实时的过程信息。点电极电容器的两个电极分别装在模具的两半（一半是静模，一半是动模，如图3所示。在模具闭合的过程中，静模不动，动模向静模方向闭合，同时这两金属板是相互隔离的），从而形成电容器的两块电极。

此外，因为平板电极与模具都为金属材料，为了减少设计的复杂度，本实用新型只设计了点电极，而点电极电容器的另一个电极则由接入电容测量单元的动模代替。如图3所示，一块不锈钢板安装在动模中，形成平板电容器的一极，同时包含点电极的静模部分不需要任何修改，形成点电极电容器的另外一极。

而出于点电极尺寸小的特点以及顶针与模具的位置关系考虑，本实用新型的点电极传感器也可被设计成与顶针相同的形状代替顶针，即将点电极设置在模具动模的顶针上和将金属电极设置在模具的静模上。这样的设计可由现有设备快速改造而成，不需改变现有的模具结构，只需将顶针进行改进便可实现，避免了在模具上另外加工安装孔，更加方便和普遍适用。

实施例二

参照图1，本实用新型的第二实施例：

出于可靠性的考虑，本实施例的电容传感器划分三个部分，分别为点电极、嵌套和螺线栓。点电极的设计需要考虑其工作环境。在模具中，点电极既要承受来自模腔内塑料的压力，又必须保证其极板未进入模腔，以避免对产品质量的影响。因此，点电极板需要在两个方向上实现定位。如图1所示，本实用新型对点电极的定位由轴肩实现，轴肩上部与模具的定位孔配合实现向上方向的定位；而轴肩的下部则与嵌套配合，再由螺线栓通过螺纹与静模模具配合，实现向下方向的定位。

本实用新型将点电极、嵌套、螺纹栓三者设计成相互配合的结构，实现点电极电容传感器在模具中的定位和装配。点电极依靠嵌套实现与定位螺栓的配合定位，以固定在静模内，并通过其表面感应模具内的塑料状态信息。

点电极电容传感器安装到模具上时需要对模具进行加工（如钻孔等），为了使其适应性更好和节约成本，也可以将模具上变化的部分做成静模模块，其余部分都做成相同的结构。这样对于不同的产品来说，其需要进行不同的传感器位置布局时，只需要加工不同的静模模块，然后将静模模块装配至模具的凹槽中即可，有效地降低了生产费用和提高了模具的适用性。

实施例三

参照图1，本实用新型的第三实施例：

为组成一个电容器，点电极电容器的两极必须相互隔离。本实施例使用电绝缘体来隔离点电极与模具的其他部位，电绝缘体采用喷涂氧化铝绝缘漆的方法制成。但是在实验中发现，绝缘漆的喷涂层厚度和加工精度难以控制，会造成喷涂绝缘层后的传感器的点电极外径无法与静模孔径良好配合，易出现间隙配合或过盈配合的情况。另外，为了实现更好的绝缘效果，需要增加绝缘层的厚度。但是，厚度的增加容易出现绝缘漆剥落的情况，不能保证传感器的耐用性。

基于以上因素的综合考虑，本实施例的绝缘层采用了更为先进的喷砂工艺和硅玻璃材料。喷砂主要用于对材料进行表面处理，使其他镀层更好地吸附在材料表面。喷砂采用压缩空气为动力，通过行程高速喷射束将喷料高速喷射到被处理的工件表面。与喷涂工艺相比，喷砂工艺的尺寸加工精度更高，表面质量更好。而硅玻璃相较氧化铝具有更好的绝缘性。因此，采用喷砂工艺和硅玻璃绝缘材料的绝缘层具有更高的加工精度和更好的绝缘效果，绝缘材料的厚度一般为0.2mm左右。

实施例四

参照图1、2和4，本实用新型的第四实施例：

本实用新型的点电极电容传感器可以应用在注塑机上，如图2所示。该注塑机中点电极电容传感器的点电极可被分别布局在进胶口、最后填充位置、最后冷却位置等注塑过程的关键点处。本实用新型点电极的通过抗干扰电缆和插口连接到电容值测量单元，从而实时获得注塑过程关键点处材料电容值的变化信号，以触发相应的显示控制信号，显示出模具中熔体的状态。

如图4所示，本实用新型的电容测量单元主要由三部分组成，其中，电容电压转换模块对点电极电容器的电容值进行测量并将电容值转化为模拟电压输出，且输出电压与电容值呈线性关系；电容测量单元的模数转换模块将输出的模拟电压转化为数字量；电容测量单元的采集模块对电容测量单元输出的数字量进行采集并反馈给注塑机控制系统。注塑机控制系统对不同时刻得到的数字量进行采集并根据采集的数字量触发不同的显示控制信号，以控制显示屏直观显示当前模具中熔体所处的状态。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

（1）采用了两极分设在模具的动模和静模上的点电极电容器结构，不受模腔表面结构的影响，使得点电极电容传感器可以安装在表面结构复杂的模具模腔内，灵活度较高且适应性较广；

（2）直接利用顶针作为点电极，不需要对模具结构进行改动，更加方便和普遍适用；

（3）点电极电容器还包括嵌套和螺线栓，点电极通过轴肩与嵌套、螺线栓之间的互相配合来实现点电极的定位，使得点电极在承受模腔内塑料的压力同时保证极板未进入模腔，更加可靠。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.点电极电容传感器，其特征在于：包括点电极电容器和与点电极电容器连接的电容测量单元，所述点电极电容器的两极为分设在模具静模（7）和动模上的点电极（1）以及金属电极，所述点电极（1）和金属电极均与电容测量单元连接。

2.根据权利要求1所述的点电极电容传感器，其特征在于：所述点电极（1）设置在模具动模的顶针上，所述金属电极设置在模具的静模（7）上。

3.根据权利要求1所述的点电极电容传感器，其特征在于：所述点电极（1）设置在模具的静模（7）上，所述金属电极设置在模具的动模上。

4.根据权利要求3所述的点电极电容传感器，其特征在于：还包括嵌套（3）和螺线栓（4），所述点电极（1）中轴肩（6）的上部与模具的定位孔配合实现向上方向的定位，所述点电极（1）中轴肩（6）的下部通过嵌套（3）与螺线栓（4）的配合，实现向下方向的定位。

5.根据权利要求4所述的点电极电容传感器，其特征在于：所述点电极（1）中轴肩（6）的下部还设置有与电容测量单元连接的接线孔（5）。

6.根据权利要求4所述的点电极电容传感器，其特征在于：在所述点电极（1）与嵌套（3）之间还设置有绝缘层（2）。

7.根据权利要求1所述的点电极电容传感器，其特征在于：所述电容测量单元包括电容电压转换电路、模数转换器和采集模块，所述点电极（1）和金属电极均与电容电压转换电路连接，所述电容电压转换电路的输出端通过模数转换器进而与采集模块的输入端连接。

8.根据权利要求1所述的点电极电容传感器，其特征在于：所述点电极（1）和金属电极分设于模具模腔（8）的两侧。