[实用新型]电容式位置变速器

说明书

本设计是属于测量直线位移或转角的位置变送器，其输出为统一信号4～20mA，也可以是其他电流、电压信号。

本位置变送器的电容测量装置有一个加有高频电压的发送电极和多个排成一行、大小相同的接收电极，发送电极沿接收电极的排列方向作相对运动，以改变其耦合面积。

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数目相同。

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串联电阻的接点上。

电阻网络的第一个端点接地，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，电阻网络上预加一个恒定的电流，使电阻网络上预先有一个恒定电压降，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地电位。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，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I_out将和被测的位置之间有一个确定的关系。

本位置变送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，这对于二线制变送器是非常重要的，因为二线制变送器的工作电流必须等于其输出电流。

发送电极与接收电极之间的相对位置与输出电流I_out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。

本位置变送器在结构上采用多组并接的接收电极及多组并接的发送电极，并使接收电极包围发送电极，在接收电极的外面有接地屏蔽，发送电极通过电容与振荡器的输出相接免除了引线。由于结构上的特点及上述的稳定工作点的方式使本位置变送器有高的可靠性及高的稳定性。

附图的说明：

图1  电容式位置变送器的原理线路图

图2  测转角的位置变送器的结构

图3  测转角的位置变送器的转动部分

图4  转动部分的第一个面

图5  转动部分的第二个面

图6  转动部分的第三个面

图7  转动部分的第四个面

图8  测转角的位置变送器的固定部分

图9  固定部分的第一个面

图10固定部分的第二个面

图11固定部分的第三个面

图12固定部分的第四个面

图13二线制位置变送器线路图

最佳实施方案的详细说明：

1.如图1所示，振荡器（40）输出的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、D₃′及D₄、D₄′分别产生电流i₃、i₄、i₃′、i₄′。i₃与i₃′是大小相等方向相反的直流电流。i₃流经点（3，2，1）入地（34），i₄流经点（4，3，2，1）入地（34）。运算放大器（30）的反向输入端（32）接地，其正向输入端（31）接电阻网络的一端点（33），并通过电阻R₅接基准电压U_S。振荡器（40）的输出电压的振幅受运算放大器（30）的输出电压控制。于是i₄与i₃在电阻网络上的电压降就被控制为等于由基准电压产生的电流I_S在全部电阻网络上的电压降，即

i₄R₃＋（i₄＋i₃）（R₂＋R₁＋R₀）＝I_SΣR