KR920002623Y1 - Electric capacitor type sensor for very small difference measuring - Google Patents

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KR920002623Y1
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박승덕
박승덕 재단법인한국표준연구소
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박승덕
재단법인한국표준연구소
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Description

미소변위측정용 전기용량형 센서Capacitive Sensor for Small Displacement Measurement

제 1 도는 미소변위 측정용 전기용량 센서의 단면구조도.1 is a cross-sectional structure diagram of a capacitive sensor for small displacement measurement.

본 고안은 전기용량(CAPACITANCE)의 변화를 이용하여 미소한 변위(0-25㎜)를 측정하는 전기용량형 센서(CAPACITIVE TYPE SENSOR)에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitive sensor (CAPACITIVE TYPE SENSOR) for measuring a small displacement (0-25mm) using a change in capacitance (CAPACITANCE).

전기용량의 변화를 이용하여 변위를 측정하는 센서는 단일 전기 용량기를 이용하는 방법과 두개의 전기용량기를 이용하는 방법이 있는데 단일 전기용량기를 이용하는 센서는 정확도, 선형도 등이 두개의 전기용량기를 이용하는 센서보다 좋지 않다.Sensors that measure displacement using the change of capacitance have a method of using a single capacitor and two capacitors. Sensors using a single capacitor have more accuracy, linearity, etc. than sensors using two capacitors. Not good.

두개의 전기용량기를 이용하는 전기용량 변위센서(CAPACITIVE DISPLACEMENT SENSOR)는 입력의 변화에 대하여 두개의 전기용량기를 구성하고 있는 센서의 한쪽 전기용량기에서 출력되어지는 전기용량이 증가하면, 다른 한편의 전기용량기에서 출력되어지는 전기용량은 감소하여 이 두 전기용량 기에서 출력되어지는 전기용량의 차로써 나타난다.CAPACITIVE DISPLACEMENT SENSOR, which uses two capacitors, increases the capacitance output from one capacitor of the sensor constituting the two capacitors when the input changes. The capacitance output from the instrument decreases and appears as the difference between the capacitance outputs from these two capacitance groups.

이렇게 변위 측정용 전기용량 센서를 2개의 전기용량기로 사용하는 이유는 주위 환경 변화에 대해 전기용량기의 전극이 똑 같이 변하므로 안정도가 우수하며 선형성이 개선되고 출력이 크다는 장점이 있기 때문이다.The reason why the capacitive sensor for displacement measurement is used as two capacitive sensors is that the electrodes of the capacitive capacitor are changed in the same way with respect to changes in the surrounding environment, so that the stability, the linearity and the output are high.

그러나 실제로 이렇게 제작하여 구성하기 위해서는 2개 이상의 전극과 그것들을 지지해주는 지지물, 전극간의 절연을 위한 절연체, 그리고 전기용량을 발생시키기 위한 전극의 이동체들로 구성되어지기 때문에 열적팽창, 진동, 압력, 습도, 기하학적 왜곡(DISTORTION)등 이들 상호 간에 미치는 영향에 대해 각각 동일한 응답특성을 가지기 어렵다.In practice, however, it is composed of two or more electrodes, a support supporting them, an insulator for insulation between electrodes, and a moving body of electrodes for generating capacitance, and thus thermal expansion, vibration, pressure, and humidity. It is difficult to have the same response characteristics for each other's influences such as and geometric distortion.

본 고안은 기본적으로 두개의 전기용량기를 구성하여 변위 센서를 제작한 것이나 위에서 서술한 전극의 지지물, 전극 간의 평행도 및 직진도, 전극의 이동체 등의 비 대칭성 때문에 센서의 출력값이 비선형적 특성으로 나타남을 개선하기 위하여 입력변위에 따라 발생되는 센서의 기계적 변위를 가아드(GUARD)전극을 통하여 감지하게된 것이다.The design of the present invention basically consists of two capacitive displacement sensors, but due to the asymmetry of the electrode support, the parallelism and straightness between the electrodes, and the moving body of the electrodes, the output value of the sensor appears as a nonlinear characteristic. In order to improve, the mechanical displacement of the sensor generated by the input displacement is sensed through the GUARD electrode.

따라서 두개의 전기용량기를 외부의 영향에 크게 변화를 받지않게 대칭적으로 설계하고 전극 간의 거리를 변화시키는 대신 가아드전극의 이동에 의해 전극의 대향 면적을 변화 시키므로써 우수한 특성을 가진 변위측정용 전기용량 센서를 창출한 것이다.Therefore, two capacitors are designed symmetrically so as not to be greatly influenced by external influences, and instead of changing the distance between the electrodes, the displacement area of the electrode is changed by the movement of the guard electrode, so that the displacement measuring electricity has excellent characteristics. The capacitive sensor was created.

이하 고안의 요지를 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제 1 도는 미소변위 측정용 전기용량 센서의 단면 구조를 나타낸 것인데 센서를 구성하고 있는 2개의 외부전극인 전기용량기(1) (1')는 모두 원통으로 구성하여 모두 원통(2)의 내부에 각각 분리하여 고정하고 전기용량기(1) (1')의 내부 전극(3)을 공통으로 사용한다.1 shows a cross-sectional structure of a capacitive sensor for microdisplacement measurement, in which the two external electrodes constituting the sensor, the capacitors 1 and 1 ', are all composed of cylinders, and both Each is separated and fixed, and the internal electrodes 3 of the capacitor 1 and 1 'are commonly used.

전기용량기(1) (1')와 내부전극(3)사이에 가아드 전극(4)을 이동시켜 2개의 전기용량기(1) (1')에서 발생되는 전기용량 차를 나타나게 하였다.The guard electrode 4 was moved between the capacitor 1 and the internal electrode 3 to show the difference in capacitance generated in the two capacitors 1 and 1 '.

이때 원통(2)안에 고정되어 있는 한쪽 전기용량기에서 발생되는 전기용량은 항상같은 값이 출력되어지며 다른쪽 전기용량기에서 발생되는 전기용량은 가아드 전극(4)의 이동에 의하여 비례적으로 전기용량 값이 변한다.At this time, the capacitance generated in one capacitance fixed in the cylinder (2) is always output the same value, and the capacitance generated in the other capacitance is proportionally due to the movement of the guard electrode (4). The capacitance value changes.

전기용량기(1) (1')의 전극은 이동체인 가아드 전극(4)을 제외하고 모두 고정시킨 전극의 재질은 온도계수가 20×10-6㎜/℃인 스테인레스강(SUS304)를 사용하고 전극을 지지해 주는 지지물은 모두 포리스틸렌을 사용 하였고 절연체는 0.1㎜마아카 와셔(5)를 사용한다.The electrodes of the capacitor 1 and 1 'are made of stainless steel (SUS304) having a temperature coefficient of 20 × 10 -6 mm / ° C except for the guard electrode 4, which is a moving body. The support for the electrodes is all made of polystyrene, and the insulator uses a 0.1 mm Maca washer (5).

내부전극(3)은 앞 부분에서의 가장자리 효과를 줄이기 위하여 직경7㎜의 호(6)을 파며 지지를 위해 외부를 둘러싸고 있는 가아드 전극과 에폭시 몰드(7)를 하여 대칭적인 결합이 되도록 한다.In order to reduce the edge effect at the front part, the inner electrode 3 digs an arc 6 having a diameter of 7 mm and has an epoxy mold 7 with the guard electrode that surrounds the outside for support so as to be symmetrically coupled.

두개의 외부전극 사이에 마이카 와셔(8) (8')를 삽입하여 절연시키고 마이카 와셔 사이에 전도체를 넣어 두개의 외부전극 사이에서 발생되는 가장자리 효과를 줄이게 하였다.A mica washer (8) (8 ') was inserted between two external electrodes to insulate and a conductor was placed between the mica washers to reduce the edge effect generated between the two external electrodes.

움직이는 가아드 전극의 바깥 쪽 끝은 샤파이어 볼 (직경 : 3㎜) (F)을 삽입하여 피측정물과의 접촉 상태를 일정하게 하고 가아드 전극의 외부에 스프링(10)을 부착하여 스프링의 탄성에 의해 가이드 전극이 항상 같은 지점으로 되돌아오게 하고 이 전극의 안쪽에 턱(11)을 내어 가아드 전극이 밖으로 빠져 나오지 않게 한다.The outer end of the moving guard electrode is inserted with a sapphire ball (diameter: 3 mm) (F) to maintain a constant contact with the object to be measured, and the spring 10 is attached to the outside of the guard electrode to The elasticity ensures that the guide electrode always returns to the same point and the jaws 11 are placed inside the electrode so that the guard electrode does not come out.

외부와의 정전기적 차폐를 위하여 전극 구조물을 스테인레스통 속에 넣어 고정시키며 동시에 각 전극의 리이드(12) (12') (12'')선을 외부로 끌어내어 동축 케이블과 연결한다.For the electrostatic shielding to the outside, the electrode structure is placed in a stainless steel tube and fixed. At the same time, the lead 12, 12 ', and 12' 'wires of each electrode are pulled out and connected to the coaxial cable.

외부 전극중 측정전기용량의 전극 길이는 49.5㎜, 기준 전기용량기의 전극 길이는 14.5㎜ 하고 두 전극 모두 내경을 7.4㎜하고 움직이는 가아드 전극은 길이 80㎜, 외경 7㎜, 내경 6.1㎜로 가공 및 조립 함으로써 두 전기용량기에서 발생되는 전기용량차 값을 0-5pF가 되게한 것이다.The electrode length of the measured capacitance of the external electrodes was 49.5 mm, the electrode length of the reference capacitor was 14.5 mm, both electrodes were 7.4 mm inner diameter, and the moving guard electrode was processed to 80 mm long, 7 mm outer diameter, and 6.1 mm inner diameter. And by assembling the capacitance difference value generated in the two capacitors to 0-5pF.

그러므로 본 고안에 의한 미소변위측정용전기용량 센서는 1개의 유닛으로서 두개의 전기용량기를 이용하는 센서의 기능을 가지면서 두개의 전기용량기를 이용한 센서의 단점을 해소하는 효과가 있는 것이다.Therefore, the microdisplacement capacitive sensor according to the present invention has the function of a sensor using two capacitives as one unit, and has the effect of eliminating the disadvantages of the sensor using two capacitives.

Claims (1)

2개의 외부전극인 원통형 전기용량기(1) (1')를 원통(2)내에 설치하고 전기용량기(1) (1')의 사이에 홈(6)의 파인 내부 전극(3)을 삽입 설치하며 전기용량기(1) (1')와 내부전극(3)사이에 이동되는 가아드 전극(4)을 설치한 것을 특징으로 하는 미소변위측정용 전기용량형 센서.Two external electrodes, a cylindrical capacitor 1 (1 ') are installed in the cylinder 2, and a fine internal electrode 3 of the groove 6 is inserted between the capacitors 1 and 1'. Capacitance sensor for microdisplacement measurement, characterized in that the guard electrode (4) installed between the capacitive (1) (1 ') and the internal electrode (3).
KR2019910023286U 1988-07-12 1991-12-21 Electric capacitor type sensor for very small difference measuring KR920002623Y1 (en)

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