CN2541818Y - 一种电容传感水平传感器 - Google Patents

Abstract

一种小型宽量程液体介质电容传感水平传感器，包括传感电容及由差动脉冲宽度调制电路、放大电路、低通电路等单元电路组成的控制电路。传感电容包括密封的金属圆柱壳体或对称的多棱柱扁盒状壳体，壳体内两底面上贴有石英基片，基片表面贴有相互对称且对应的电极。每个基片的表面对称地贴有两个电极，两电极相互绝缘，并均匀地布满基片表面，同时两个基片上的电极相互严格对称且对应，且隔液体介质相对的两片电极构成一个电容。本实用新型结构小巧简单，测试范围达到±90°，线性度偏差小于0.6％，产品体积小于φ50×30，实现了小型化、宽量程、高线性度的目的。

Description

一种电容传感水平传感器

技术领域

本实用新型涉及一种电容传感水平传感器，特别是指一种小型宽量程液体介质电容传感水平传感器。

背景技术

在生产生活中常可见到，在容器倾斜时，容器中的液体在重力作用下其液面仍保持水平。根据液体的这一特点，科技人员设计了多种传感器，利用电容的变化制作传感器就是其中的一个类型。但电容型传感器的小型化产品一般在技术指标上均存在较多的不足之处，主要是精度高的量程小，一般只有几度到十几度；量程宽的线性一度又较差，一般线性度偏差在满刻度的2％以上。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种体积小、量程宽、精度较高的计量水平倾斜度的液体介质电容传感水平传感器。

根据上述目的设计了一种电容传感水平传感器，包括传感电容、控制电路，该传感电容发出的信号输入到控制电路中的差动脉冲宽度调制电路，差动脉冲宽度调制电路输出的信号经放大电路后由低通电路输出。所述的传感电容包括密封的扁盒状壳体，壳体内两底面上贴有石英基片，基片表面贴有相互对称且对应的电极。而扁盒状壳体为金属圆柱壳体或对称的多棱柱壳体。每个基片的表面对称地贴有两个电极，两电极相互绝缘，并均匀地布满基片表面。两个基片上的电极相互严格对称且对应，基片电极之间的空间灌注的液体介质是低粘度硅油。而所述的与传感电容相连接的控制电路中的各单元电路，均为传统的成熟电路。

本实用新型结构小巧简单，测试范围达到±90°，线性度偏差小于0.6％，产品体积小于φ50×30，实现了小型化、宽量程、高线性度的目的。具体测试数据见后表。

附图说明

附图1(1)是本实用新型传感电容器的全剖结构示意图，图(2)是图(1)的左视全剖示意图，图(3)是图(1)的右视全剖示意图；附图2(1)、(2)分别是附图1内注入工作介质后的形态示意图和工作状态下传感电容出现倾斜时的位置示意图；附图3是本实用新型的装配结构全剖示意图；附图4是本实用新型的电路原理示意图。

具体实施方案

附图给出了本实用新型的一个基础实施例。从附图1、2可见本实用新型敏感器件传感电容的基本结构形式，包括形状大小一致的、对合后密封的扁盒状金属壳体1，壳体上有连接电容电极引线出线连接点2，两壳体底均匀地粘贴铺设有石英基片4，金属电极31、32制作在一基片上，金属电极33、34制作在另一基片上，金属电极形状、大小完全相同，同一基片上的金属电极相互绝缘并径向对称，基片上隔液体介质相对的两片电极构成一个电容，液体介质从密封孔5灌入。图中给示的是制作在基片上的两个半圆形电极，当传感器处于水平位置时，由电极31、33和32、34组成的电容C₁、C₂的电容量是相等的；当产生倾斜时，由于电容C₁、C₂的电极间的液体介质量出现了差异，电容量不再相等，检测出两个电容的电容量的变化，就等效测量出了倾斜度或倾角的变化。

附图3是本实用新型的装配结构图，包括传感器底座6、底座上有机壳7及机壳盖11，机壳盖上有引出线12，机壳内托板13上安装有传感电容8及其支架10、控制电路板9并用硅凝胶14填充空间和固定。

附图4给出了控制电路原理图。图中电容器C₁、C₂在水平位置时电容值是相等的，但当本实用新型发生倾斜时，C₁、C₂的电容值发生变化，计算公式为

$C=\frac{S}{d}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2)+\frac{r^2}{d}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2)\mathrm{\θ}$ 式中，S是电极板面积，d是电容器电极间

                                        距离，ΔS是变化的面积，r为电极圆半径，ε₁、ε₂为液体介质的介电常数，θ为倾斜的角度。可见当倾斜角度θ变化时，C₁、C₂的电容值将随之发生变化。C₁、C₂是差动脉冲宽度调制电路15的传感电容，当C₁、C₂相等时，该电路输出的V₀₁、V₀₂的波形及脉冲宽度相同，但相位相反；经放大电路16处理后输出的V₀₃波形正负各半周且脉冲宽度相等。当本实用新型倾斜时，由于C₁、C₂的电容量值不相等，V₀₁、V₀₂的脉冲宽度不相等，导致了经放大电路处理后输出的V₀₃波形正、负半周脉冲宽度不再相等。V₀₃输入到低通电路17，并由该电路处理后最终输出信号V_out。为了防止供电电源的波动影响本实用新型的性能稳定，还设置了配套的稳压电路18。

            本实用新型技术数据表

指标名称	指标值	指标值
			最大量程(°)	60	90
分辨率(°)	0.03	0.05
			线性度(％FS)	0.3	0.5
比例系数(mV/°)	50	30
			工作环境温度(℃)	-40～+70
工作电源电压(V)	±15
			工作电源电流(mA)	20
外形尺寸(mm)	φ30×20

Claims (7)

1、一种电容传感水平传感器，包括传感电容(8)、控制电路，其特征是传感电容发出的信号输入到控制电路中的差动脉冲宽度调制电路(15)，差动脉冲宽度调制电路输出的信号经放大电路(16)后由低通电路(17)输出。

2、根据权利要求1所述的传感器，其特征是所述的传感电容包括密封的扁盒状壳体(1)，壳体内两底面上贴有石英基片(4)，基片表面制作有相互对称且对应的电极。

3、根据权利要求2所述的传感器，其特征是所述的扁盒状壳体为金属圆柱壳体或对称的多棱柱壳体。

4、根据权利要求2或3所述的传感器，其特征是每个基片的表面对称地制作有两个电极，两电极相互绝缘，并均匀地布满基片表面。

5、根据权利要求4所述的传感器，其特征是两个基片上的电极相互严格对称、对应和形状相同，基片电极之间的空间灌注的液体介质是低粘度硅油。

6、根据权利要求5所述的传感器，其特征是基片上隔液体介质相对的两片电极构成一个电容。

7、根据权利要求1所述的传感器，其特征是所述的控制电路还包括有稳压电路(18)。

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