SE436151B - Kapacitiv metkennare - Google Patents

Description

15 20 25 35 40 7905398-9 kapacitansen mellan mätkännaren och ett ledande material. Härvid bör mätkännaren vara enkel till konstruktionen och ha en liten mätyta. 7 " Sålunda avser uppfinningen en kapacítiv mätkännare, vid vilken medelst en genom den konstruktiva utformningen åstadkommen speciell avskärmning de störande kapacitanserna gentemot jord och störande kopplingar i det närmaste helt undertrycks, varigenom mätning av ytterlígt små kapacitanser blir möjlig.

Ovannämnda syfte uppnås genom att mätkännaren enligt uppfin- ningen erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen.

Det har visat sig vara gynnsamt att som förstärkarelement an- vända en fälteffekttransistor, vars styre bildar förstärkaringången och kollektorn förstärkarutgângen, och vars emitter är förbunden med skärmen. Skärmen uppvisar mellan elektroderna ett avkopplings- utsprång. Härigenom erhålls en minskning av den störande kopplingen mellan elektroderna Likaså är det till fördel om mätytan något utskjuter från den av skärmen och den första elektroden bildade ytan. När mätytan på det allsidigt isolerade kopplíngsstiftet kommer i beröring med det ledande materialet, undviks kortslutníngar mellan de andra ledande delarna.

För olika mätändamål kan formen på mätkännaren vara speciellt utförd. Om företrädesvis avståndet skall mätas, är det till fördel om skärmen har runt tvärsnitt. För bestämning av läget på det le- dande materialets begränsningskanter är rektangulärt tvärsnitt på skärmen till fördel.

Genom ändring av avståndet ändrar sig kapacítnnserna mellan skärmen, den första elektroden och kopplingsstiftet. Vid påläggning av en växelspänning på ingången uppträder vid utgången en växel-I utspänning, som är beroende av avståndet.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bi- fogade ritningar. Där visar fig. 1 en schematisk vy av mätarrange- manget för den kapacitiva mätkännare, fig¿_Ã ett snitt A-A genom tmätarrangemanget, fig. 3 det ekvivalenta kopplingsschemat samt fig. 4 och 5 ytterligare utföringsformer.

Den kapacitiva mätkännaren 1 tjänar till mätning av avståndet d1 fill ett ledande material 2 eller också till lägesbestämning av begränsningskanterna på det ledande materialet 2.

Fig. 1 visar mätarrangemanget under användande av den kapaci- tiva mätkännaren 1. 10 15 20 25 30 35 40 7905398-9 Enligt fig. z består den kapacitiva mätkäršnafenw “áwwèrfjord- förbunden skärm 3 i form av en upptill sluten hålkropp. Inuti skärmen 3 befinner sig en första elektrod 4. Ovanför elektroden 4 är en andra elektrod 5 anbragt. I en öppning i elektroden 4 och i en fördjupning på elektroden 5 befinner sig ett kopplingsstift 6 med en mätyta 7. Mätytan 7 utskjuter härvid något från den genom den undre begränsningen för skärmen 3 och elektroden 4 bildade ytan för undvikande av kortslutningar mellan de ledande delarna vid påsättningen på det ledande materialet 2.

Mellanrummet mellan skärmen 3, elektroderna 4, 5 och kopplings- stiftet 6 är härvid utfyllt med ett dielektrikum 8 med låg dielekt- ricitetskonstant, varigenom dessa delar blir galvaniskt isolerade frän varandra. Tjockleken av dielektriket 8 mellan de enskilda de- larna kan härvid lämpligen vara lika ston Inuti skärmen 3 och ovanför elektroden S befinner sig ett förstärkarelement 9. Skärmen 3 uppvisar mellan elektroderna 4, S ett avkopplíngsutsprång 10, varigenom den störande kopplingen mel- lan elektroderna reduceras.

Elektroden 4 är genom en första öppning 11 i skärmen 3 för- bunden med ingången E, och den andra elektroden 5 är förbunden med förstärkaringången och förstärkarutgången genom en andra öppning 12 i skärmen 3.

Verkningssättet för den kapacitiva mätkännaren kan bäst klar- göras i anslutning till det ekvivalenta kopplingsschemat i fíg. 3.

Följande tre kapacitanser förekommer: Kapacítansen Ck] mellan elektroden 4 och kopplingsstiftet 6, kapacitansen Ckz mellan kopplingsstiftet 6 och elektroden S samt mätkapacitansen CX mellan kopplingsstiftet 6 och det på jordpoten- tial liggande ledande materialet 2.

Vidare förekommer parasítkapacítanser C 1 mellan kopplings- stiftet 6 och den likaså på jordpotential liggande skärmen 3 och CPZ mellan elektroderna 4 och 5, vilka hålls på låga värden genom det konstruktiva utförandet. Ytterligare kapacitanser förekommer mellan skärmen 3 och elektroden 4 med kapacitansen CM1 samt mel- lan skärmen 3 och elektroden 5 med inkludering av förstärkarelemen- teüs9 parallellt liggande ingångskapacitans med kapacítansen CM2.

Kapacitanscn CM1 medför emellertid ej någon felaktíghet i mätresul- tatet, utan dess störande inverkan yttrar sig blott i en belast- ning av distributionsväxelspänningen UO. Kapacitansen CM] är där- för blott antydd i fig. 3. 10 Éâfil* 7905398 '9 4 Om dístríbutíonsväxelspänníngen UV påläggs ingången E, upp- delas spänningen över den kapacítíva mätkännarens 1 kapacitans.

Genom avkopplingsutsprånget 10 hålls parasítkapacitansen C försumbart liten. Därmed erhålls för utspänníngen Ua i beroende av det avstånd dï, som skall mätas, nedanstående uttryck p2 Cm T Ua = UG . ___ .

M2 1 + Ckï Cmzckz :- + c +dc (d 1 CMfCkz p] x I Ytterligare ett syfte är att genom det speciella konstruktiva utförandet hålla parasitkapacitansen C 1 på ett lågt värde, efter- som inverkan av CP1 har undertryckande verkan på den egentliga mät- effekten.

Den varíerbara kapacítansen är CX, som ges av det varíerbara avståndet från kopplingsstíftets 6 mätyta 7. .ävhfi _.. *i “filma-g _ 1 Q __, ___ “I I *___ .;m.-> n

Claims (3)

7905398 -9 5 Qatentkrav

1. Kapacitiv mätkännare (1) för mätning av små avstånd mellan en mätyta och ytan på ett ledande material, k ä n n e- t e c k n a d av att inuti en upptill sluten skärm (3) befin- ner sig vid dennas undre ände en med skärmen (3) slutande första elektrod (4); att ovanför den första elektroden (4) en andra elektrod (5) är anbragt; att i en öppning i den första elektroden (4) och eventuellt i en fördjupning på den andra elektroden (5) ett kopplingsstíft (6) befinner sig med en mät- yta (7); att mätytan (7) slutar med skärmen (3), och den första elektroden (4); att mellanrummet mellan skärmen (3), de båda elektroderna (4,5) och kopplingsstiftet (6) är utfyllt med ett dielektrikum (8); att inuti skärmen (3) och ovanför den andra elektroden (5) ett förstärkarelement (9), företrädesvis en fälteffekttransistor, är anordnat; att den första "elektroden (4) är elektriskt förbunden med ingången (E) på den kapacitiva mätkännaren (1L den andra elektroden (5) förbunden med för- stärkaringången (G) samt förstärkarutgången (D) förbunden med utgången på den kapacitiva mätkännaren (1); och att för- stärkarelementets (9) emitter är förbunden med skärmen (3).

2. Mätkännare enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att skärmen (3) uppvisar ett avkopplingsutsprång (10) mel- lan de båda elektroderna (4,5).

3. Mätkännare enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att mätytan (7) utskjuter något från den av skärmen (3) och den första elektroden (4) bildade ytan. Poor QUALITY anar-w. - - ~