[實(shí)用新型]轉(zhuǎn)子式差動(dòng)電容傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320096497.2
• 申請(qǐng)日: 2013-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN203298784U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程有信;暢福善
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 程有信
• 主分類號(hào): G01D5/241
• 分類號(hào): G01D5/241
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及非電量傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種圓柱狀轉(zhuǎn)子式差動(dòng)電容傳感器。

背景技術(shù)

在科學(xué)研究和工程控制技術(shù)實(shí)踐中，非電量物理量是工程控制不可或缺的重要參數(shù)，但是非電量物理量不是電量，不能同電子儀器直接鏈接，更不能同計(jì)算機(jī)等工控儀器兼容，因此非電量物理量需要借助電阻或電容轉(zhuǎn)換成電量物理量。以電容為例，根據(jù)電容器原理，電容量C＝ε*S/d，其中C表示電容容量，ε表示介電常數(shù)，S表示極板面積，d表示極板之間的間距。改變極板面積或極板之間的間距，均可改變電容量C。對(duì)角度物理量θ，一般采用改變極板面積S的方法改變電容的容量。由于二維平板的極板面積S較小，極板間距離不易控制過小，故電容容量小(幾十PF)。在工作即轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電容極板間距離變化或引線的位置變化會(huì)產(chǎn)生容量干擾。再加上電磁干擾，容量變化的誤差偏大，電容傳感器工作時(shí)常出指示故障。這是公知的電容傳感器的技術(shù)缺陷。本實(shí)用新型也是改變極板面積S的方法改變電容的容量，解決公知的電容傳感器的技術(shù)缺陷的思路是通過改變極板形狀，從二維平面到三維立體，提高電容的容量。如果電容的容量提高到(幾百到幾千PF)，差動(dòng)電容傳感器可大大減少容量干擾。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服公知的差動(dòng)電容傳感器的平面二維電極極板面積小容量小的技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型給出一種立體三維圓柱狀圓柱狀轉(zhuǎn)子式差動(dòng)電容傳感器。改進(jìn)的轉(zhuǎn)子技術(shù)方案：變二維平面電極成三維的圓柱形的電極。由圓形的面積S＝∏*R*R，圓柱形的面積S＝2*∏*R*H，R＝H時(shí)，圓柱形的面積至少兩倍大于圓形的面積。如果H＞＞R，三維的圓柱形的電容容量可以幾十、幾百倍于二維的平板電容。本實(shí)用新型選用立體圓柱狀轉(zhuǎn)子電極，代替平面電極。由于轉(zhuǎn)子式差動(dòng)電容極板間的距離可以控制很小，故電容的容量較大。

圓柱狀轉(zhuǎn)子式差動(dòng)電容傳感器由管狀定子，圓柱狀轉(zhuǎn)子，圓柱狀轉(zhuǎn)子的金屬軸和圓柱狀轉(zhuǎn)子兩側(cè)的固定軸承組成，其特征是管狀定子外表是整體的管子，管狀定子的外層由非導(dǎo)電材料制造，管狀定子的內(nèi)層由導(dǎo)電材料制造的兩個(gè)對(duì)稱的半圓環(huán)形金屬薄層。兩個(gè)對(duì)稱的半圓環(huán)形金屬薄層是差動(dòng)電容的兩個(gè)電極，用導(dǎo)電引線引出。圓柱狀轉(zhuǎn)子由非導(dǎo)電材料的圓柱，導(dǎo)電的金屬軸和半圓柱面導(dǎo)電薄層組成，其特征是半圓柱面導(dǎo)電薄層和導(dǎo)電的金屬軸電連接。半圓柱面導(dǎo)電薄層是差動(dòng)電容的公用電極，通過導(dǎo)電的金屬軸引出。管狀定子和圓柱狀轉(zhuǎn)子，兩者互不接觸，圓柱狀轉(zhuǎn)子自由轉(zhuǎn)動(dòng)。定子的兩個(gè)對(duì)稱的半圓環(huán)形金屬薄層與轉(zhuǎn)子的半圓柱面導(dǎo)電薄層的公用電極構(gòu)成C1和C2。控制縮小管狀定子和圓柱狀轉(zhuǎn)子間的距離，提高電容的容量。

工作原理說明：起初位置，角度＝0度，定子的兩個(gè)對(duì)稱的半圓環(huán)形金屬薄層的直徑垂直于轉(zhuǎn)子的半圓柱面導(dǎo)電薄層的直徑，C1＝C2；角度變化，既轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)電容C1和C2，一個(gè)電容容量增加，另一個(gè)電容容量減少。轉(zhuǎn)動(dòng)90度，角度＝90度，一個(gè)電容容量最大，另一個(gè)電容容量最小，接近零。電容容量呈現(xiàn)差動(dòng)變化，即差動(dòng)運(yùn)算。由于差動(dòng)運(yùn)算作用，電容量變化與轉(zhuǎn)動(dòng)角度成二倍正比關(guān)系，變化范圍正反向0度到90度。差動(dòng)電容容量變化與轉(zhuǎn)動(dòng)角度成二倍正比關(guān)系，可顯著提高角度傳感器測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度。電容容量變化量經(jīng)過運(yùn)算放大器處理后輸出代表角度變化的電量模擬量或數(shù)字量。實(shí)現(xiàn)了非電量物理量角度變換電量物理量角度的變化。由于采用差動(dòng)運(yùn)算，還有效減少了環(huán)境溫度變化和電磁干擾引起的測(cè)量誤差。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型圓柱狀圓柱狀轉(zhuǎn)子式差動(dòng)電容傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中：1、固定軸承(左)，其中1.1、軸承內(nèi)套，1.2、滾珠，1.3、軸承外套，1.4、絕緣軸承支架，2、管狀定子，其中2.1、非導(dǎo)電管層，2.2、半圓環(huán)形金屬薄層(上)，2.3、半圓環(huán)形金屬薄層(下)，3、圓柱狀轉(zhuǎn)子，其中3.1、半圓柱面導(dǎo)電薄層，3.2、非導(dǎo)電材料的圓柱，3.3、導(dǎo)電的金屬軸，4、固定軸承(右)，結(jié)構(gòu)同左，5、導(dǎo)電金屬軸的外引線，6、半圓環(huán)形金屬薄層(上)外引線，7、半圓環(huán)形金屬薄層(下)外引線，8、導(dǎo)電金屬軸外機(jī)械銜接絲扣。

具體實(shí)施方式