[发明专利]电容式位置传感器

说明书

本发明涉及长行程位置测量用的电容式位置传感器，特别适用于二线制的位移变送器或转角变送器。

先有的电容式位置传感器（CN85100991）也是用于长行程位置测量的，它的电容装置是这样构成的：一边是一块加有高频电压的发送电极，另一边是排成一行的许多互相绝缘的矩形接收电极，通过接收电极的高频电流经整流后从对应的结点经过串联电阻流向一端，在串联电阻的另一端输出代表发送电极位置的电信号。它要求流过串联电阻的总电流不变，这一总电流是由高频振荡器提供的，也就是说，在任何输出大小的情况下都要求高频振荡器有近似相同的功率输出及功率输入，这一点在二线制的变送器中采用时将遇到困难。因在二线制变送器中采用统一信号4～20mA，外部电源可以提供的电压也有一定限制，而变送器的能量消耗是从外部电源得到的，这在最小电流4mA时变送器也要能正常工作。而上述传感器虽在精度上容易满足需要，但在功率上，例如当4mA时，难于满足上述要求。

以上问题可以通过本发明得到解决。

本发明的电容式位置传感器的电容装置有一个加有高频电压的发送电极和多个互相绝缘的、靠在一起共面地排成一行、大小相同的接收电极，发送电极和接收电极面对面地放置，发送电极沿接收电极的排列方向作相对运动。

有多个二极管对、一对中一个二极管的阳极与另一个二极管的阴极相接，另两端被称为第一端与第二端，各第一端与各第二端分别具有同一极性。

有一个由多个电阻串接而构成的电阻网络，各电阻间的结点被引出，引出的结点与接收电极相对应。

各二极管对的中点分别接在接收电极上，二极管的第一端分别接在与接收电极顺序对应的电阻网络的接点上。

电阻网络的第一个端点接参考点，电阻网络的第二个端点被接到一个控制放大器的输入端，控制放大器的输出端去控制一个振荡器的振荡电压，此电压即为加在发送电极上的高频电压。控制的结果使电阻网络的第二个端点处于确定的电位，于是当发送电极移动时，从接收电极来的经整流后的电流流经电阻网络时其电压降为一常数，故该电流将随发送电极与接收电极之间的相对运动而变化。

各二极管对的第二端接在输出点上，其输出的电流和流过电阻网络的总电流大小相等、方向相反，因此输出电流Iout将和被测的位置之间有一个确定关系。

本发明位置传感器的输出电流与加在发送电极上的振荡器输出的高频电压的振幅基本上成比例关系，故振荡器的功率需要与输出电流也基本上成比例，所以能达到这样的目的：当输出电流是较小值时，振荡器的功率需要也是较小值，反之亦然。当输出电流是较大值时，振荡器的功率需要也是较大 值。

在电阻网络上也可预加一个恒定的电流，使电阻网络上预先有一个恒定的电压降。这时控制放大器就可以把电阻网络的第二个端点的电位控制在预先规定的不同电位上，包括参考点电位在内。

发送电极与接收电极之间的相对位置与输出电流Iout之间的关系可以通过选择电阻网络的各串接电阻的阻值而有所不同，例如可以是线性的或非线性的。

附图的说明：

图1，先有的电容式位置传感器（CN85100991）

图2，矩形发送电极

图3，菱形发送电极

图4，有基准电压的电容式位置传感器

图5，有基准电流的电容式位置传感器

图6，二线制位置变送器线路

最佳实施方案的详细说明

1.如图4所示，振荡器（40）将高频电压加在发送电极（10）上，与其耦合的接收电极（13，14）上感生的高频电流经二极管对D₃、D′₃及D₄、D′₄分别产生电流i₃、i₄、i′₃、i′₄。i₃与i′₃是大小相等方向相反的直流电流。i₃流经点（3、2、1）入参考点（34），i₄流经点（4、3、2、1）入参考点（34）。运算放大器（30）的反向输入端（32）接基准电压Us;其正向输入端（32）接电阻网络的一端点（7），其电位与输入端（32）相同。应满足下式：

i₄R₃+（i₄+i₃）（R₂+R₁+R₀）＝Us （1）