專利名稱:電容重力傳感器的制作方法
本發(fā)明涉及傾角敏感儀器，具體地說，該儀器具有可變的電容值，該電容值是傾角的函數(shù)。
木工水準尺包括用填充液體的透明管，使液體中存留有空汽泡，長期以來，用它測量與水平基準的偏差。這些裝置結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，但是它們不能為傾角提供精確測量，而僅能給出與基準面的水平偏差指示。在許多應用中，這些指示是可行的，但在另外一些情況，則要求精確測量傾角。
根據(jù)液體內(nèi)的汽泡原理，利用通過汽泡位置改變引起電容器變化的傾角敏感儀器可以用來確定與水平面的偏差。一個這類的裝置有三個在電氣上互相絕緣的鋁箔電極，鋁箔電極包貼在液體容器瓶管上。一個電極為基準電極，它包在瓶管的除汽泡路經(jīng)上部表面以外的全部外表面上。另外兩個電極對稱放置在汽泡路經(jīng)上部的瓶管中心的每一側(cè)，每個電極的長度和寬度和汽泡的長度和寬度一樣。瓶管內(nèi)的液體的介電常數(shù)比汽泡的介電常數(shù)高，從而建立起電容差，即由一個敏感電極和基準電極所構(gòu)成的電容與另一個敏感電極和基準電極所構(gòu)成的電容之差，它是汽泡位置的函數(shù)。這種裝置所具有的線性范圍和精度是玻璃管上的敏感電極的位置和汽泡尺寸的函數(shù)，線性范圍和精確度隨液體溫度變化而改變。
先有技術(shù)的另一類傾斜指示裝置，它利用了重力型電位計，這樣一個裝置包括一條在V形或圓形管內(nèi)的軸向放置的電阻線，V-形或圓形管內(nèi)有導電液體，導電液體的高度比管子最低點高出一個已知距離。當把這種裝置貼合在水平定位的基準面上時，就可構(gòu)成相等的兩個電阻線末端段(從導電液體伸到每個末端)，這樣就得到相等電阻的線段。將這個基準面與水平方向傾斜一個角度，管子也跟著轉(zhuǎn)動，這樣在導電液體和兩個末端之間所形成的線段長度和電阻不相等。這些裝置的精度取決于導線電阻上所維持的容差，而其穩(wěn)定性是導線電阻率的溫度系數(shù)和液體溫度膨脹系數(shù)的函數(shù)。
本發(fā)明提供一種可靠的傾斜測量儀，該傾斜測量儀由兩個電容器組成，兩個電容器的差動電容變化值與傾斜角呈線性關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的傾斜測量儀包括一個在金屬罩內(nèi)的小腔，并部分充有液體，該液體具有較高的相對介電常數(shù)。小腔內(nèi)放置電氣上絕緣的兩個金屬片，兩個金屬片共平面，形狀相同尺寸相等并夾在兩片介質(zhì)材料之間，小腔其余部分充以氣體，氣體的介電常數(shù)低于液體的介電常數(shù)。每一個共平面介質(zhì)薄片，是電容器的傳感器板，電容器由金屬罩構(gòu)成。當一個傳感器板的液體浸沒面積等于另一個傳感器板的液體浸沒面積時，這些電容器具有相等的電容值，這就意味著傾斜測量儀處在水平位置。傾斜測量儀如偏離水平位置，則使兩個傳感器板的浸沒面積不同，從而在兩個電容之間產(chǎn)生電容差動值。利用這個電容差動值可以得到表示傾斜角的電信號。
圖1A和1B是本發(fā)明一個實施例的剖視圖。
圖2是沿圖1A中的2-2剖線的圖1實施例的剖面圖。
圖3是圖1實施例的部件組裝圖。
參見圖1A、圖2和圖3，其相應的元件標以相同的參考數(shù)字，在本發(fā)明實施例中，由10表示的部分包括兩部分結(jié)構(gòu)12和13組成的罩11和并在其內(nèi)形成小腔14。小腔14裝有液體，例如具有高介電強度的碳氫化合物油和具有高介電常數(shù)的乙醇兩者的混合物，液面以15表示，小腔14的其余部分充有常壓氣體16，例如氮氣。分層圓盤級在小腔14內(nèi)，距半邊罩12和13的等距離位置上。這種分層圓盤17可以用具有鍍層薄板的介質(zhì)材料構(gòu)成，例如，在0.003吋厚的聚脂21上鍍銅，并以化學方法對銅刻蝕，從而按所要求的形式構(gòu)成電學上分離的平板22和23。在刻蝕操作完成之后，第二片聚脂薄板24可連到第一片聚脂薄板21上，并且在聚脂薄板之間的夾層銅上刻蝕銅電極22和23。穿過分層結(jié)構(gòu)鉆兩個孔25和26，從而為小腔14內(nèi)的液體平衡和氣體壓力平衡提供通道。
金屬罩11、聚脂薄板21和24、銅電極22和23的組合就得到如圖4A所示的一串并聯(lián)組合的電容器。本技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員認為電容器C11A是代表銅板22和聚脂薄板21(液體邊界)的之間的電容;電容器C12A是代表這個邊界和金屬罩11之間電容，金屬罩11可以認為是接地電極。這些電容為串并聯(lián)組合，即代表銅電極22和聚脂薄板24(液體邊界)之間的電容C13A和代表這個邊界和金屬罩11之間的電容C14A串聯(lián)組合再與其它電容并聯(lián)。同樣地，電容器C11B和C13B代表跨接在氣體區(qū)內(nèi)的聚脂薄板21和24之間的電容，而電容器C12B和C14B代表聚脂薄板(氣體邊界)和金屬罩11之間的電容。對本專業(yè)的技術(shù)人員來說，同樣在銅電極23和金屬罩11之間構(gòu)成電容器C21A-C24A和C21B-C24B是顯而易見的。
在銅電極22和金屬罩11之間構(gòu)成的電容，以串并聯(lián)方式組合，可以用一個電容C1表示，而在由銅電極23和金屬罩11之間構(gòu)成的電容組合可以用一個電容C2表示，如圖4B所示。在圖4A和4B所示的電容器的接地由對金屬罩11的接地表示。通過引線27、28得到兩個電容器C1和C2的入端，并分別連到銅電極22和23上，電容器C1和C2之間的電氣絕緣通過安置在銅電極22和23之間的金屬罩11伸出的金屬凸出部實現(xiàn)。
當傳感器與水平基準面配置合宜時，銅電極22和23浸沒在液體中面積相等，從而電容器C1和C2是相等的。當基準面傾斜θ度時，如圖1B所示，傳感器也傾斜同一角度。由于重力的作用，液面15仍保持不變，銅電極22、23被轉(zhuǎn)動，使一個電極(如圖1B所示的電極22)浸沒在液體里的面積比另一個的大。因為液體的介電常數(shù)大于氣體的介電常數(shù)，與處在θ度角的銅電極22有關(guān)的電容C1大于與銅電極23有關(guān)的電容C2，利用此電容差值來確定傾斜角θ。
在最佳實施例中描述本發(fā)明時，應該懂得所使用的詞句并不是限制性詞句，而是描述性詞句，在權(quán)利要求
范圍內(nèi)，可做出的改變并沒有脫離本發(fā)明的真實范圍和在其廣泛應用的實質(zhì)。
權(quán)利要求
1、傾斜測量儀的特征包括
一個金屬罩在其中有一個液體容器；
第一和第二共平面的金屬傳感器平板，它裝在上述液體容器里；
經(jīng)預先選定的介電常數(shù)的液體，它按預先確定的液面裝在上述液體容器內(nèi)，并部分浸沒上述第一和第二金屬傳感器平板；
在上述液體容器的其余部分充填的氣體，它的介電常數(shù)小于上述液體的介電常數(shù)。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的傾斜測量儀，其特征在于上述第一和第二共平面的金屬傳感器平板位于第一和第二介質(zhì)材料薄板之間。
3、根據(jù)權(quán)利要求
2所述的傾斜測量儀，其特征在于上述介質(zhì)材料采用聚脂材料。
4、根據(jù)權(quán)利要求
2所述的傾斜測量儀，其特征在于上述第一和第二介質(zhì)薄板有一些小孔，從而為上述液體和上述氣體提供通道，以便均衡上述液體容器里的氣體和液體的壓力。
5、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的傾斜測量儀，其特征在于還包括位于上述第一和第二金屬傳感器平板之間的金屬部分，從而為第一和第二金屬傳感器之間提供電絕緣。
6、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的傾斜測量儀，其特征在于上述氣體為氨氣，上述液體是碳氫化合物和乙醇的混合物。
專利摘要
傾斜測量儀包括兩個共平面的電極，該電極置于有金屬罩的小腔內(nèi)，小腔內(nèi)裝有相對高的介電常數(shù)的液體和氣體。當傾斜測量儀處在水平面位置時，兩個電極有相等的面積浸沒在介電液體里，則由電極和金屬罩構(gòu)成兩個相等的電容器。當傾斜測量儀轉(zhuǎn)動其一個角度時，二個電極浸沒在液體里的面積則不相等。所產(chǎn)生的電容差值則代表被測量的傾斜角的大小。
文檔編號G01C9/20GK86100001SQ86100001
公開日1986年9月17日 申請日期1986年1月2日
發(fā)明者簡·伊麗莎白·安德森, 哈羅德·李·斯沃茨, 馬里奧·迪馬科 申請人:斯佩里公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan