專利名稱：雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及非電量傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器。
背景技術(shù)：
在科學(xué)研究和工程控制技術(shù)實(shí)踐中，非電量物理量是工程控制不可或缺的重要參數(shù)，但是非電量物理量不是電量，不能同電子儀器直接鏈接，更不能同計(jì)算機(jī)等工控儀器兼容，因此非電量物理量需要借助電阻或電容轉(zhuǎn)換成電量物理量。以電容為例，根據(jù)電容器原理，電容量C= e *S/d,其中C表示電容容量，e表示介電常數(shù)，S表示極板面積，d表示極板之間的距離。改變右邊的三個(gè)物理量，均可改變電容量C。對(duì)角度物理量9，一般采用改變極板面積S或距離的方法。由于極板面積S的變化量較小，變化量小，轉(zhuǎn)軸松動(dòng)，再加上電磁干擾，誤差偏大，電容傳感器工作時(shí)常出指示故障。這是公知的電容傳感器的技術(shù)缺陷。 發(fā)明內(nèi)容為了克服公知的電容傳感器的技術(shù)問題，本實(shí)用新型給出一種靜電屏蔽的雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器。本實(shí)用新型針對(duì)公知的電容傳感器的技術(shù)缺陷，提供了一種改進(jìn)的技術(shù)方案既用兩組并聯(lián)電容，同時(shí)改變兩組極板面積S的方法，又采用全靜電屏蔽的方法，還運(yùn)用了差動(dòng)電容方法。這樣電容傳感器，角度物理量e可以精確地?zé)o干擾連續(xù)轉(zhuǎn)換為電容量。雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的技術(shù)方案如圖4所示在圓柱形密封盒內(nèi)空心圓軸上安裝左、中、右三片電極，其中左右兩片電極固定，中片電極隨空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。左右兩片電極的結(jié)構(gòu)類似雙面覆銅板。左右兩片電極外側(cè)的圓覆銅片接地，形成靜電屏蔽。左右兩片電極的內(nèi)側(cè)是豎直的兩個(gè)半圓覆銅片，并且左邊半圓覆銅片和右邊對(duì)應(yīng)半圓覆銅片電鏡像并聯(lián)，形成雙聯(lián)電容的兩個(gè)電極。中片電極由兩片單面覆銅板制作。單面覆銅板的銅皮制作成水平方向的半圓覆銅片，兩片單面覆銅板，銅皮朝外背對(duì)背粘接成中片電極。中片電極兩面的半圓覆銅片并聯(lián)后形成雙聯(lián)電容的一個(gè)共用電極，與左右兩片的兩個(gè)電極形成雙聯(lián)電容Cl和C2。中片電極能夠相對(duì)左右兩片電極轉(zhuǎn)動(dòng)。初始位置9 =0，左右兩片的兩個(gè)電極方向豎直，中片的電極方向水平，Cl = C2。轉(zhuǎn)動(dòng)空心軸，中片相對(duì)左右兩片電極轉(zhuǎn)動(dòng)，角度變化，兩個(gè)雙聯(lián)電容Cl和C2，一個(gè)電容量增加，一個(gè)電容量減少。由于差動(dòng)運(yùn)算作用，電容量變化與轉(zhuǎn)動(dòng)角度成二倍正比關(guān)系，變化范圍正反向0度到90度。工作原理角度物理量e變化，即雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器沿自身軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，中片相對(duì)左右兩片電極轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)雙聯(lián)電容C I和C2，一個(gè)容量增加，一個(gè)容量減少，成正比關(guān)系。由于差動(dòng)運(yùn)算作用，電容容量變化與轉(zhuǎn)動(dòng)角度成二倍正比關(guān)系，可顯著提高測量靈敏度和準(zhǔn)確度。電容容量變化量經(jīng)過運(yùn)算放大器處理后輸出代表角度變化的電量模擬量或數(shù)字量。實(shí)現(xiàn)了非電量物理量角度變換電量物理量角度的變化。由于采用差動(dòng)運(yùn)算，還有效減少了環(huán)境溫度變化和電磁干擾弓I起的測量誤差。

[0005]圖I是本實(shí)用新型雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的左片電極結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的中片電極結(jié)構(gòu)圖。圖3是本實(shí)用新型雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的右片電極結(jié)構(gòu)圖。圖4是本實(shí)用新型雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、左固定螺絲(I)，2、左片電極⑵其中2. I、圓形屏蔽電極(2. 1)，2. 2、圓形絕緣層(2. 2)，2. 3、兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(2. 3)，2.4、軸承(2. 4)，中片電極
(3)其中3. I、表面絕緣的半圓形電極(3. I)，3. 2、圓形絕緣層(3. 2)，3. 3、表面絕緣的半圓形電極(3. 3)，4、右片電極(4)其中4. I、兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(4. I)，4. 2、圓形絕緣層(4. 2)，4. 3、圓形屏蔽電極(4. 3)，4. 4、軸承(4. 4)，5、空心軸(5)，6、動(dòng)片金屬外引線
(6)，7、右固定螺絲(7)，8、兩組靜片金屬外引線，9、靜電屏蔽引線(9)，10、圓柱形金屬空心盒(10)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器是這樣加工的。見圖I圖3，材質(zhì)選用雙面覆銅板，用車床加工外半徑為Rl (R1 = 50mm)，內(nèi)半徑R2(R2 = 5mm)的圓片兩片，標(biāo)記左片電極⑵和右片電極(4)。左片電極⑵和右片電極⑷是鏡像對(duì)稱的。圓片的正面沿直徑切開表面的覆銅板成兩個(gè)對(duì)稱的半圓形電極，圓片的絕緣層即雙面覆銅板的絕緣層就是圓形絕緣層(2. 2或4. 2)，圓片的反面覆銅板就是圓形屏蔽電極。在圓片的反面垂直正面的直徑方向切劣弧留小面積弓形，并把該弓形沿背面的直徑方向切開分成兩小半弓形塊。在兩小半弓形塊打眼焊線，同正面的兩個(gè)對(duì)稱的半圓形電極電連接。把半圓形電極的焊接點(diǎn)磨平，貼上絕緣膜，就是兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(2. 3或4. I)。這樣合起來就是左片電極(2)或右片電極(4)。見圖2，材質(zhì)選用單面覆銅板，用車床加工外半徑為Rl (Rl =50mm),內(nèi)半徑R3 (R3 = 3mm)的圓片兩片。把這兩片圓片的正面覆銅板，腐蝕處理，只留一個(gè)半圓形電極。在半圓形電極上打孔焊線，把半圓形電極的焊接點(diǎn)磨平，貼上絕緣膜，就是兩個(gè)表面絕緣的半圓形電極(3. I或3. 3)。在這兩片圓片的反面絕緣層刻槽，把反面焊接的引線連接后埋在槽內(nèi)，引向圓心方向。再把兩片圓片的反面涂膠，把半圓形電極對(duì)齊后粘接在一起，形成中片電極(3)。見圖4，在空心軸(5)的中間打孔，把中片電極(3)的引線穿過孔，從空心軸(5)的軸心引出后，把中片電極(3)固定在空心軸(5)上。空心軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，中片也同時(shí)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。把軸承(2.4)鑲在左片電極(2)上，把左片電極(2)裝在空心軸上，注意兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(2. 3)要緊靠中片電極(3)的表面絕緣的半圓形電極(3. I)。同樣把右片電極(4)鑲上軸承后也裝在空心軸上，兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(4. I)要緊靠中片電極(3)的表面絕緣的半圓形電極(3. 3)上，兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(4. I)同左面的兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(2. 3)方向一致。在空心軸(5)裝上左、右固定螺絲。把左片、右片兩面的兩小半弓形塊對(duì)應(yīng)焊點(diǎn)連接在一起，并聯(lián)形成兩對(duì)電極。這樣兩對(duì)電極同中片的半圓形電極形成兩個(gè)雙聯(lián)電容Cl和C2。通過空心軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)片即中片電極(3)，使Cl = C2，中片的表面絕緣的半圓形電極(3. I和3. 3)的直徑垂直于左片、右片的兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(2. 3和4. I)的直徑，此時(shí)為角度轉(zhuǎn)動(dòng)的起點(diǎn)0 =0。把整體安裝在圓柱形金屬空心盒(10)內(nèi)，雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器制作完畢。工作原理角度變化，空心軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過空心軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)中片，Cl和C2 —個(gè)容量增加，一個(gè)減少，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)放大，A 0 = 2 AC，變化范圍正負(fù)90度。再把左右兩面的圓形屏蔽電極(2. I或4. 3)焊接在一起接地，形成靜電屏蔽層。靜電屏蔽層能減少外部電磁對(duì)Cl和C2的變化影響。采用左、右電極并聯(lián)電容后，即使空心軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，中片有少許左右移位，雙聯(lián)電容Cl和C2的容量亦不變。雙聯(lián)電容的有益效果是，即使空心軸(5)有少許左右移位，電容的變化量不受影響。這樣就提高了雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的抗干擾能力。雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的全部電極安裝在圓柱形金屬空心盒(10)內(nèi)。圓柱形金屬空心盒(10)的有益作用是防止灰塵等雜物侵入。特別要指出的是從結(jié)構(gòu)講，本實(shí)用新型雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器是中片電極
(3)相對(duì)左片電極(2)、右片電極(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，同樣也可采用中片固定，左右兩片隨空心軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，原理相同，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是相同的。本實(shí)用新型雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器的有益效果是無機(jī)械觸點(diǎn)，抗干擾強(qiáng)，工作可靠， 使用壽命長，制作簡單，成本低。雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器略加改變可用于液位、位移。加速度和震動(dòng)等物理量的測量。
權(quán)利要求1.雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器，主要由左片電極⑵、中片電極(3)和右片電極⑷組成，其特征是左片電極(2)內(nèi)側(cè)的兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(2.3)與右片電極(4)內(nèi)側(cè)的兩個(gè)對(duì)稱表面絕緣的半圓形電極(4. I)鏡像并聯(lián)，形成雙聯(lián)電容的兩個(gè)電極；中片電極(3)兩面的表面絕緣的半圓形電極(3. I)和表面絕緣的半圓形電極(3. 3)并聯(lián)形成雙聯(lián)電容的共用電極；中片電極(3)的共用電極與并聯(lián)的左片電極(2)和右片電極(4)的兩個(gè)電極構(gòu)成雙聯(lián)電容Cl和C2 ;中片電極(3)能夠相對(duì)左片電極(2)、右片電極⑷轉(zhuǎn)動(dòng)；中片電極(3)與空心軸(5)聯(lián)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器，其特征是角度變化，空心軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，中片電極⑶相對(duì)左片電極(2)、右片電極⑷轉(zhuǎn)動(dòng)，雙聯(lián)電容Cl和C2，一個(gè)電容量增加，一個(gè)電容量減少。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器，其特征是左片電極(2)的圓形屏蔽電極(2. I)和右片電極(4)圓形屏蔽電極(4. 3)接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器，其特征是該傳感器的全部電極安裝在圓柱形金屬空心盒(10)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及非電量傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器。本實(shí)用新型主要由左片電極(2)、中片電極(3)和右片電極(4)組成。中片電極(3)的共用電極與并聯(lián)的左片電極(2)和右片電極(4)的兩個(gè)電極構(gòu)成雙聯(lián)電容C1和C2。中片電極(3)能夠相對(duì)左片電極(2)和右片電極(4)轉(zhuǎn)動(dòng)?？招妮S(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，中片電極(3)相對(duì)左片電極(2)、右片電極(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，雙聯(lián)電容C1和C2，一個(gè)電容量增加，一個(gè)電容量減少。電容量變化量與角度變化成正比。本實(shí)用新型的有益效果是無機(jī)械觸點(diǎn)、抗干擾，工作可靠，壽命長，制作簡單，成本低，雙聯(lián)差動(dòng)電容傳感器略加改變可用于液位、位移、加速度和震動(dòng)等物理量的測量。
文檔編號(hào)G01D5/241GK202511806SQ20122014651
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者程有信 申請(qǐng)人:程有信