[實用新型]基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門

有效

• 申請號: 201920458825.6
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN210105998U
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 趙世遷;鄭會龍;張譚;楊肖芳;裴宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F02C9/26
• 分類號: F02C9/26;F16K37/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李坤

1.一種基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，包括：

活門(1)，整體呈柱狀，其外壁面加工有平臺面，側壁面設置有活門出油閥口(101)和活門進油閥口(102)；

活門襯套(2)，整體呈筒狀，襯套于所述活門(1)外，對應所述活門出油閥口(101)和活門進油閥口(102)分別設置有活門襯套出油閥口(201)和活門襯套進油閥口(202)；

所述活門(1)在活門襯套(2)中沿軸向滑動，通過調節活門(1)和活門襯套(2)的相對位置，控制活門進油閥口(102)和活門襯套進油閥口(202)重疊面積的大小，以及活門出油閥口(101)和活門襯套出油閥口(201)重疊面積的大小；

所述活門襯套(2)對應所述平臺面設置有開口；

動極板(4)，固定于所述平臺面上，平行于沿活門(1)的軸線；

位移檢測模塊(3)，對應設置在所述動極板(4)外側，包括：

所述位移檢測模塊(3)用于與動極板(4)形成電容組，所述電容組值與活門(1)的絕對位移量相關。

2.根據權利要求1所述的基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，所述位移檢測模塊(3)，包括：

第一靜極板(301)，以及

第二靜極板(302)，與所述第一靜極板(301)沿活門(1)軸向相鄰間隔設置且相互絕緣。

3.根據權利要求2所述的基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，所述第一靜極板(301)以及第二靜極板(302)的寬度不小于動極板(4)的寬度。

4.根據權利要求1所述的基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，所述動極板(4)為機加工方式獲得，厚度不小于0.3mm。

5.根據權利要求1所述的基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，所述動極板(4)通過表面鍍膜工藝獲得，厚度小于0.3mm，包括：

絕緣層(401)，位于所述平臺面上；

反射極(402)，位于所述絕緣層(401)上。

6.根據權利要求1所述的基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，所述動極板(4)的寬度和/或厚度按線性和/或正弦函數曲線規律變化；所述動極板(4)與活門(1)、活門襯套(2)及位移檢測模塊(3)相互絕緣。

7.根據權利要求2或3任一項所述的基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，所述第一靜極板(301)、第二靜極板(302)位于動極板(4)的上方但不直接接觸，與之正相對，形成電容組，第一靜極板(301)與動極板(4)形成電容C1，第二靜極板(302)與動極板(4)形成電容C2，第一靜極板(301)與第二靜極板(302)正對面積部分形成電容C3，第一靜極板(301)與第二靜極板(302)間的綜合電容Cm是電容C1與電容C2串聯后與電容C3并聯而成，計算公式為：

式中Cr是電容C1、C2串聯后的等效電容，通過檢測位移檢測模塊(3)輸出的Cm信號即可解算得到活門(1)與活門襯套(2)的位置關系。

8.根據權利要求6所述的基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，所述動極板(4)的寬度和/或厚度按線性規律變化，第一靜極板(301)與第二靜極板(302)間的綜合電容Cm計算如公式(2)：

Cm＝kx+b (2)；

式中x是活門(1)與活門襯套(2)的相對移動距離；k是與系統結構尺寸及介電常數相關的參數，b是當x＝0時Cm的初始值。

9.根據權利要求6所述的基于電容傳感器的具有位移自檢測功能的計量活門，其特征在于，所述動極板(4)的寬度和/或厚度按正弦函數曲線規律變化，則動極板(4)的寬度表達式為：

式中x是活門(1)與活門襯套(2)的相對移動距離；h是x位置處動極板(4)的寬度值，A為正弦函數的幅值，ω為角頻率，為x＝0時對應的相位值，h₀為x＝0時動極板(4)的寬度值；當動極板(4)的結構確定時，A、ω、及h₀均是確定的值；對于C1及C2，有如下計算公式：

其中，C代表C1，C2在活門(1)與活門襯套(2)的相對移動距離不同時的電容值，S是第一靜極板(301)、第二靜極板(302)與動極板(4)的相對面積，ε為第一靜極板(301)、第二靜極板(302)與動極板(4)間介質的介電常數，d為第一靜極板(301)、第二靜極板(302)與動極板(4)的間距，a為第一靜極板(301)、第二靜極板(302)的寬度，定義動極板(4)最左端邊界為位移的零點，x₁、x₂分別為位移發生時第一靜極板(301)、第二靜極板(302)左邊沿的位置，第一靜極板(301)、第二靜極板(302)間距為dc，則有dc＝x₂-x₁-a，公式(5)轉化為Cm與x₁的函數關系Cm(x₁)；活門(1)與活門襯套(2)的相對移動距離x與x₁是一致對應的關系，是由x₁減去一個固定的偏移量δ得到，由此建立了Cm與x的計算關系Cm(x+δ)。