CN206756940U - 电容型检测空间介电常数的探头装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电容型检测空间介电常数的探头装置，包括绝缘的支撑体和套在所述支撑体上的若干筒形电极，所述支撑体呈中空结构，其内表面设有用于内、外部电场隔离的导电金属层，各所述筒形电极固定安装在所述支撑体的外侧且沿所述支撑体的轴向依次间隔分布，不同极的筒形电极相间分布，同极的筒形电极相互并联，相邻筒形电极之间的支撑体呈环形凸起结构。本实用新型具有检测灵敏度高、体积小、成本低、抗腐蚀、宽温度使用范围和抗压强等特点，适应于对各种适宜气体、液态和固态物质的介电常数以及温度、湿度和含水量等能够由介电常数计算获得的其他参数的检测。

Description

电容型检测空间介电常数的探头装置

技术领域

本实用新型涉及一种电容型检测空间介电常数的探头装置，属电子技术领域。

背景技术

空间中电容值与电介质值有关，而电介质值与温度、水分含量以及压强有关，通过检测空间中两点间的电容的绝对值和相对变化，得以计算获得空间中的电介质参数，并进一步计算获得所要检测的空间温度、水分含量和压强等参数，因此可以通过检测各种成分气体电介质值、各种成分油体等液体的电介质值和各种固体（如粮食或土壤）的电介质值，达到检测这些空间或物质温度、水分含量和压强等参数的目的。

例如，粮仓中粮食温度、水分等是影响粮食存储和品质变化的重要指标，需进行实时或经常性监视，以保证粮食处于良好的存储状态，中国201110115846.6号发明专利的说明书公开了一种两线制在线测量粮堆多层粮食温度和水分的数字传感装置，目的是为了解决应用于粮堆的粮情测控系统不能够同时在线精确测量粮食的温度和水分问题，这种装置包括两根平行的兼做传感装置电源线及数字信号传输线复用的抗拉钢丝绳和兼做传感装置地线的抗拉钢丝绳、外包于两根抗拉钢丝绳外的塑料或其它高分子材料包层、若干个在需要监测的位置上去掉塑料包层后焊接于两根抗拉钢丝绳上的两线制数字粮食温度、水分传感器、外包于粮食温度、水分传感器的高分子保护材料、由兼做传感装置地线的抗拉钢丝绳在传感装置尾部做成的用于牵引传感装置进入粮堆的环，采用由高分子材料和绝缘层封装的多层电路板作为温度、水分传感器，以多层电路板中的热敏电阻作为温度传感元件，通过热敏电阻的电阻值变化计算温度，以两片电路板上的两片矩形覆铜作为用于水分检测的两个电极，通过两电极的电容值变化计算介电常数，进而计算粮食中的含水量。这种传感元件的缺陷是两电极中均没有并联极板，导致检测器空间利用率低，体积大，成本高；没有屏蔽内外空间电场，导致降低检测灵敏度；两个电极探测点之间最近的电场没有进过被探测物体，导致有误差产生，进而也降低检测灵敏度。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种电容型检测空间介电常数的探头装置，这种探头装置所需的空间小，检测灵敏度高，成本低。

本实用新型的技术方案为：一种电容型检测空间介电常数的探头装置，包括绝缘的支撑体和套在所述支撑体上的若干筒形电极，各所述筒形电极固定安装在所述支撑体的外侧且沿所述支撑体的轴向依次间隔分布，全部筒形电极分为两极，当筒形电极的数量为2个时，两筒形电极各为一极，当筒形电极的数量多于2个时，不同极的筒形电极相间分布，当同极的筒形电极的数量为多个时，同极的筒形电极相互并联。

所述支撑体优选呈圆柱形，所述筒形电极优选呈与所述支撑体配套的圆筒形。

位于相邻筒形电极之间的支撑体优选呈环形凸起结构，相邻的两筒形电极分别位于相应环形凸起结构的两边。

所述环形凸起结构的直径优选不小于所述筒形电极的外径，由此使所述环形凸起结构从相邻筒形电极之间突出出来。

所述筒形电极可以采用不锈钢或阳极氧化铝材料，所述支撑体可以采用耐腐蚀的介电常数低的材料，例如，聚四氟乙烯（PTFE即 Polytetrafluoroethylene）、氟聚化合物（fluoropolymer），氯聚化合物（chloropolymer），氯氟聚化合物（chlorofluropolymer）或聚对二甲苯（polyparaxylene）。

由所述支撑体和筒形电极构成的组合体的外侧面优选暴露在外，不设直接覆盖该组合体外侧面的涂层、保护层等物体，以保证被探测物体进入电极探测点之间最近的电场，在某些情形下，可以设有外壳，但以被检测介质（例如流体介质）能够进入外壳内并与该组合体的外表面相接触为宜，对于固态被检测物质，当需要对探头设置保护时，宜采用不影响电场且基本上不占用空间的保护层或保护物，例如，有机高分子薄膜，以保证检测获得的介电常数为被检测物体/空间的介电常数。

所述支撑体优选采用封闭的中空结构，例如，采用壳体状构造。

所述支撑体的空腔内可以设有分别用于连接各极筒形电极的各极电极线，各所述电极线的连接端设有分别与所连接的各所述筒形电极对应的连接导线，各所述连接导线穿过设置在所述支撑体的侧壁上的对应的穿线孔并连接相应的筒形电极，由此实现各所述筒形电极与同极电极线之间的电连接，并实现同极筒形电极之间的相互并联。

所述支撑体的内表面可以设有导电金属层，所述导电金属层构成所述支撑体内、外侧空间之间的电屏蔽。

所述导电金属层优选粘结在所述支撑体的内表面上，并优选覆盖所述支撑体的全部内表面积。

所述导电金属层可以通过在所述支撑体的内表面镀银或镀锌形成。

本实用新型的有益效果是：由于采用了筒形电极，有利于提高探头的空间利用率，实现探头的小型化，在电极总面积相同的情况下，能够在更小的空间内使用；由于各同极电极相互并联，有利于提高检测灵敏性；由于设置了支撑体且采用柱形/筒形结构，能够提供足够的强度和承压能力，且筒形电极与支撑体的连接牢靠，能够适应于粮堆等使用条件较差的场合。

本实用新型具有检测灵敏度高、体积小、成本低、抗腐蚀、宽温度使用范围和抗压强等特点，适应于对各种适宜气体、液态和固态物质的介电常数以及温度、湿度和含水量等能够由介电常数计算获得的其他参数的检测。

附图说明

图1是本实用新型的构造示意图；

图2是本实用新型涉及外部电场线和寄生电场线的原理示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，所述支撑体10、筒形电极21、22、23、24以及由两者形成的组合体中心对称，设有旋转对称的中线轴线，以更好地适用于各向同质的检测空间/检测物质，支撑体采用壳体状结构，内部为空腔12，通过支撑体将空间分隔为被测空间（外部空间）和内部空间，相关电路和电路连线可以主要设置在内部空间，由支撑体提供保护，支撑体采用全绝缘材料，一方面保证外部空间和内部空间之间没有直流电流，另一方面保证相邻筒形电极不会直流导通。

筒形电极的数量通常不少于3个，不同极的筒形电极相间（交叉）排列，顺序为奇数的筒形电极21、23为一极，通过内部的相应电极线41相互联通，偶数的筒形电极22、24为另一极，也通过内部的相应电极线42相互联通，通过这种多个同极极板相互并联的方式实现了电容的高密度，显著增加了检测电容值，提高检测灵敏度。

相邻筒形电极之间由支撑体的环形凸起结构11隔离，以减少相邻筒形电极之间不经过外部空间而产生的寄生电容。

所述支撑体的内部设有导电金属层30，所述导电金属层可以贴合在支撑体的内壁表面或者接近于支撑体的内壁表面，在加固定地电压的情况下屏蔽内部电场。以支撑体内部的导电金属层实现电屏蔽有两方面好处，一是使该探头装置的电容检测容值对内部空间变化不敏感，减少了由于内部空间产生的筒形电极间寄生电容，二是使探测装置内部的电路被电气地保护，不受外部空间变化影响。

位于各所述筒形电极内侧的支撑体上钻出穿线孔13，使相应的连接导线得以穿过支撑体和相关屏蔽层，一端连接相应的筒形电极，一端连接相应的电极线，实现筒形电极与相应电极线之间的连接。

所述支撑体上的环形凸起属于支撑体的一部分，其目的是加强相邻两个筒形电极的隔离，环形凸起的材料和支撑体其他部分的材料一样，都是全绝缘材料，可以采用一体成型的方式制备出这种设有若干环形凸起的圆柱形中空支撑体。

作为电场分析的举例，图2中显示的筒形电极22和23之间，有物理意义上的7条虚拟的电场线，电场线越密则电场强度越大，而电容值与电场强度正相关，经过外部空间介质的4条电场线52和外部空间的物质特性有关，无论外部空间的物质是气体、液体还是固体，外部电场线都能穿过，但如果外部空间是固体颗粒物，3条寄生电场线51会直接穿过空气连接而不经过固体颗粒，这3条寄生电场线贡献的电容成为寄生电容，该寄生电容的存在将导致介电值误差，降低探头装置的检测灵敏度。将任意两个相邻的筒形电极22、23之间支撑体设置成环形凸起状，由于环形凸起内有内部接地屏蔽层（金属导电层）的隔离，把上述寄生电场值基本上变为0，等效寄生电容基本上变为0，相当于消除了寄生电容的影响，由此提高了探头探测外部固体颗粒介质的灵敏度。

所述探头装置各部分的优选材料分别如下，

（a）筒形电极采用不锈钢或阳极氧化铝材料，如此，成本低，耐酸碱腐蚀，可以探测有机溶剂。

（b）支撑体采用聚四氟乙烯（PTFE即 Polytetrafluoroethylene），该材料具有耐酸碱腐蚀，耐有机溶剂，耐高温的特点，除聚四氟乙烯外，也可采用其他耐腐蚀的介电常数低的材料，如氟聚化合物（fluoropolymer），氯聚化合物（chloropolymer），氯氟聚化合物（chlorofluropolymer）以及聚对二甲苯（polyparaxylene）。

（c）金属导电层采用金属镀银或镀锌涂层。

采用以上材料可以使探头具有耐腐蚀和耐高温等特点。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种电容型检测空间介电常数的探头装置，其特征在于包括绝缘的支撑体和套在所述支撑体上的若干筒形电极，各所述筒形电极固定安装在所述支撑体的外侧且沿所述支撑体的轴向依次间隔分布，全部筒形电极分为两极，当筒形电极的数量为2个时，两所述筒形电极各为一极，当筒形电极的数量多于2个时，不同极的所述筒形电极相间分布，当同极的所述筒形电极的数量为多个时，同极的所述筒形电极相互并联。

2.如权利要求1所述的探头装置，其特征在于所述支撑体呈圆柱形，所述筒形电极呈与所述支撑体配套的圆筒形。

3.如权利要求2所述的探头装置，其特征在于位于相邻筒形电极之间的支撑体呈环形凸起结构，相邻的两筒形电极分别位于相应环形凸起结构的两边，所述环形凸起结构的直径不小于所述筒形电极的外径。

4.如权利要求1所述的探头装置，其特征在于所述筒形电极的材料为不锈钢或阳极氧化铝材料，所述支撑体的材料为聚四氟乙烯、氟聚化合物、氯聚化合物、氯氟聚化合物或聚对二甲苯。

5.如权利要求1所述的探头装置，其特征在于由所述支撑体和筒形电极构成的组合体的外侧面暴露在外。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的探头装置，其特征在于所述支撑体采用封闭的中空结构。

7.如权利要求6所述的探头装置，其特征在于所述支撑体的空腔内设有分别用于连接各极筒形电极的各极电极线，各所述电极线的连接端设有分别与所连接的各所述筒形电极对应的连接导线，各所述连接导线穿过设置在所述支撑体的侧壁上的对应的穿线孔并连接相应的筒形电极。

8.如权利要求6所述的探头装置，其特征在于所述支撑体的内表面设有导电金属层，所述导电金属层构成所述支撑体内、外侧空间之间的电屏蔽。

9.如权利要求8所述的探头装置，其特征在于所述导电金属层粘结在所述支撑体的内表面上，覆盖所述支撑体的全部内表面积。

10.如权利要求8所述的探头装置，其特征在于所述导电金属层通过在所述支撑体的内表面镀银或镀锌形成。