[其他]电容式位置传感器

说明书

本发明是属于用于记录仪表内作为位置反馈或 其他长行程位置检测输出模拟信号的变面积式电容 位置传感器。

已知的变面积电容式位置传感器是由一对差动 电容器构成，电极形状精确度要求很高，同时相对运 动的电极间的距离变化对输出精度也有很大影响，虽 然由于做成差动电容器而得到一定补偿，但仍然不容 易把输出精度提高。精度不易提高的原因是差动电 容器只有一对，无法把多个差动电容器衔接起来得到 连续的输出信号。此外，这类传感器都是线性输出， 改变输出的线性度是很不方便的，不能满足非线性反 馈的需要，例如在热电偶测量的记录仪表上。

已知的多电极电容式位置传感器有美国专利号 为US-A-4303919的传感器，为了解决多元测 量，综合输出信号的方法是每个传感元件的输出经二 极管整流独立地放大再求和。日本专利申请号为 JP-A-昭53-112769的多电极电容式位置传 感器划分电极是为了得到非线性输出等效于改变发 送电极的形状，由于杂散电容的问题，非线性的精确 度不易获得，也难丁得到高精度输出。

本发明的任务是在不提高制造精度的基础上把 位置传感器的输出精度提高一小等级。同时可以用 简单的方法改变输出的线性度，其目的是，例如用在 热电偶测量的记录仪表上作位置反馈，在非线性输出 的情况下保持刻度尺和记录纸为等分刻度。

其任务是这样解决的：把一定长度的接收电极划 分为许多小块，排成一行，互相绝缘，形成许多小块的 接收电极。发送电极是比较短的，发送电极与接收电 极之间保持一定间隙，每块接收电极顺次经整流二极 管接到串联电阻的对应接点上，串联电阻的起点接参 考点，终点是电压输出端。在发送电极上加上高频电 压，就会有高频电流流过发送电极与接收电极。高频 电流被整流成直流电流流过串联电阻至参考点，该电 流在电阻上产生一定的电压降，在终点输出。直流电 流的总电流是恒定值，所以当发送电极移动时，不是 改变直流电流的总电流，而是改变几个接点流过的电 流比例，其比例是依据接收电极与发送电极的电耦合 面积的大小而定。于是，发送电极的移动就等效于改 变了总电流流过的电阻阻值的大小，输出电压就随着 发送电极的移动作连续变化。

附图简要说明：

图1本发明的一种实施方案

图2高频电压向发送电极传送的示意图

图3本发明的另一种实施方案

图4菱形发送电极的边的修正实例

本发明的最佳实施方案：

一种实施方案如图1所示为单纯的位置传感器， 接收电极是大小相同的矩形，互相绝缘，并尽可能互 相靠近地并排成一行。与发送电极有电耦合的接收 电极产生的高频电流经反向整流二极管整流后经 R。入参考点，其余接收电极都不通过电流，串联电 阻上的全部电压降就是输出U_out。作为电流自稳定 系统的反馈电压U_r是来自所有正向整流二极管的 全部电流经电阻R_r产生的。电阻的个数与接收电 极数相等，电阻R₀是为了使起始端的输出电压成为 规范值。所有的电阻与整流二极管的接点都接有滤 波电容器。

为了使流过串联电阻的总电流是恒定值，不受各 种影响而变化，例如由于发送电极与接收电极之间的 距离不能保持恒定值；高频振荡器的电子元件参数发 生变化；温度、湿度引起的变化等。需有一个电流自 动稳定系统，它的反馈是由接收电极的高频电流的半 波整流电流经滤波而形成的。它的控制对象是高频 振荡器的输出电压的振幅。

串联电阻的阻值决定输出的线性。当串联电阻 是由相等阻值的电阻构成时，输出电压与输出位置之 间有线性关系；当串联电阻是由不相等的阻值的电阻 构成时，输出电压和输入位置之间是非线性关系。故 可以通过改变电阻阻值的方法得到各种非线性关 系。

改变线性度的串联电阻用插件的结构形式安装 在位置传感器上，在同一种基本结构的位置传感器上 仅仅通过更换插件就可以得到不同的线性度。

发送电极是以菱形为基础的，它的沿运动方向上 的对角线长度约为被一个电阻所跨接的接收电极的 中心距的偶数倍数。

发送电极采用菱形的优点是当串接电阻为不同 阻值时，非线性的输出曲线是斜率逐渐变化的连续曲 线，而不是折线组成的。虽然串联的电阻个数并不 多，但输出曲线可以相当好地逼近理论值。