[实用新型]拍合电容式双电容传感器

说明书

技术领域

本实用新型属传感器领域。适用于对压力/力、位移、液位等各种物理量的测量，涉及多个行业。

背景技术

电容传感器是传感器领域非常重要的类别，电容传感器种类众多，用途极广，大多应用在工业等部门；电容式传感器按原理分主要有变极距式、变面积式、变介质式等多种，变极距式一般用来测量微小的线位移，变面积式多用于较大线位移的测量，变介质式则常用于物位测量和介质温度、密度等的测定；现有各类电容传感器因存在非线性处理复杂、成本高、工艺较复杂、环境影响大、对工作电源有一定要求等因素，限制了其普及推广应用。

发明内容

本实用新型拍合电容式双电容传感器采用拍合式变极距电容（以下称拍合电容）原理，工艺简单、成本较低、用双电容处理非线性并消除环境温度对电容的影响，因变换电路与双电容装在一起，引线极短，从而消除了分布电容对测量精度的影响，适用于单电源低电压宽范围工作。

拍合电容式双电容传感器是由电路板1、上极板2、中A极板3、中B极板4、拍合极板5、支撑杆6、橡胶垫7、定位销8、底板9组成。上极板和中A极板组成固定电容，中B极板和拍合极板组成拍合电容；固定电容和拍合电容构成双电容机构，见附图1和附图2。

拍合电容式双电容传感器工作原理简述如下：因固定电容和拍合电容处于相同的空气环境中，具有相同的电容率，固定电容极板距离固定不变，拍合电容极板距离随被测物理量而变化。

固定电容C=ε

拍合电容Cx=Kx×ε

式中：ε为空气电容率；

S为固定电容极板面积;

b为固定电容极板距离;

Sx为拍合电容极板面积；

h为拍合电容极板距离;

Kx拍合电容结构系数，由拍合电容尺寸决定

当因位移、压力等被测物理量作用于拍合极板，拍合极板绕O轴旋转，拍合极板间距变化量设为Δ，则拍合电容极板距离由初始值h₀变化为h₀+Δ，即拍合电容极板距离

h=h₀+Δ

式中：h₀为拍合电容极板初始距离

电路设计为两电容相除，即电路输出

U=Ku

式中：Ku为电路常数

推导后得到

U=(h₀+Δ)

化简后有

U=U₀+KΔ

式中：K=

U₀=h₀

从化简式可知电路输出与极板变化量（位移量）成线性关系。已消除环境温度对电容的影响。

附图说明

图1为拍合电容式双电容传感器结构示意图，图2为拍合电容式双电容传感器原理示意图。图中，1电路板、2上极板、3中A极板、4中B极板、5拍合极板、6支撑杆、7橡胶垫、8定位销、9底板。

具体实施方式

本实用新型拍合电容式双电容传感器主要由固定电容、拍合电容、电路板、橡胶垫、定位销、底板组成；各电容极板可由PCB板制作（也可通过其他方式实现），上极板2和拍合极板5由单面PCB制作，中极板（中A极板3、中B极板4）由双面PCB板制作，两面分别构成中A极板和中B极板；上极板和中极板间距固定不变，和电路板1由支撑杆6焊接固定在一起并安装在底板9上，支撑杆同时起到电连接的作用；拍合极板一端通过定位销8定位在底板上，由橡胶垫7使拍合极板与中极板形成转轴，拍合极板另一端与中极板之间形成拍合电容极板距离，当被测物理量作用于拍合极板时，拍合极板绕O轴旋转，构成拍合电容；拍合极板通过导线连接到电路板上，电路完成两电容相除的变换，实现微位移的线性电信号输出。