[实用新型]一种基于导电膜的电容位移传感器探头

说明书

本实用新型公开了一种基于导电膜的电容位移传感器探头，带有导电膜和填充有导电材料的贯穿孔的圆柱形绝缘基板通过旋进装置和密封环固定于圆筒形金属外壳的一端的环形支撑上；绝缘基板带有导电膜的一面与支撑架接触，接触部分不带有导电膜；密封环位于绝缘基板不带导电膜的一面，旋进装置与密封环接触；导电膜具有开尔芬保护环结构，由绝缘分离的具有同心的表面完整的圆形导电膜和表面完整的环形导电膜组成；导电材料位于贯穿孔中，一端与圆形导电膜连通，另一端作为引脚。本实用新型提高单电极电容位移传感器电场均匀性；提高导电膜表面与支撑架表面的平行度，提高单电极电容位移传感器安装精度，从而改善电容位移传感器的测量精度和可靠性。

技术领域

本实用新型涉及电容位移传感器探头领域，具体涉及一种基于导电膜的电容位移传感器探头，尤其是一种基于绝缘基板上绝缘分离的同心的表面完整的圆形导电膜和表面完整的环形导电膜组成的标准开尔芬保护环结构导电膜的电容位移传感器探头。

背景技术

电容位移传感器具有动态特性好、分辨力高、结构简单等优点，非常适合高精度、非接触动态测量，已被广泛用于位移、压力等领域的高精度测量。在电容位移传感器中，电容(C) 与电极之间距离(d)之间的关系可表示为：

C＝ε_rε₀A/d (1)

其中，ε_r为电极之间介质相对介电常数，ε₀为真空介电常数，A为极板间覆盖面积，d为极板间距。极板间距离变化，引起电容传感器电容变化，从而实现位移、压力等测量。上述方程(1)成立的条件是电容位移传感器极板间电场均匀分布。由于存在制作、安装等过程中引入的边缘电场以及极板间不平行误差，都会导致电容位移传感器两极板之间电场分布不平行，而是随着空间变化，导致电容位移传感器信号扭曲。为了尽量减小电场边缘效应，提高电场分布的均匀度，电容传感器探头中一般采用文献[1]Journal Applied Physics1975，46， 2486-2490[W.C.Heerens,F.C.Vermeulen,Capacitance of kelvin guard-ringcapacitors with modified edge geometry,J.Appl.Phys.46(1975)2486-2490]中报道的开尔芬保护环(Kelvin Guard Ring)结构的电极(见图3(a))即由工作电极1和保护环组成。图3(b)中工作电极2一般为被检测对象，其工作面积远大于工作电极1。在运行过程中，工作电极1和保护环电势保持一致，大幅减小电场边缘效应。

另外，电容传感器极板厚度越大，电场边缘效应越大。为了减小极板厚度，人们亦以绝缘基板上的开尔芬保护环结构的薄导电膜替代开尔芬环结构的较厚的金属板作为电极，减小电场边缘效应。然而，在采用开尔芬环结构的导电膜时，为了给保护环中间工作电极连接引线，导电膜往往采用文献[3]Nature Nanotechnology 2011,6,496-500所报道非标准的开尔芬保护环结构(见图4)，这会引入额外的电场边缘效应，损害电容位移传感器性能。

对于两矩形极板之间倾斜角度为的电容位移传感器，文献(2)Electronics2008,Sozopol, Bulgaria,15-20给出了电容(C)与电极之间距离(d)之间的近似定量关系，见下面方程(2):