專利名稱：電容式位置變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本設(shè)計是屬于測量直線位移或轉(zhuǎn)角的位置變送器，其輸出為統(tǒng)一信號4～20mA，也可以是其他電流、電壓信號。
本位置變送器的電容測量裝置有一個加有高頻電壓的發(fā)送電極和多個排成一行、大小相同的接收電極，發(fā)送電極沿接收電極的排列方向作相對運動，以改變其耦合面積。
有多個二極管對、一對中一個二極管的陽極與另一個二極管的陰極相接，另兩端被稱為第一端與第二端，各第一端與各第二端分別具有同一極性。
有一個由多個電阻串接而成的電阻網(wǎng)絡(luò)，各電阻間的結(jié)點被引出，引出的結(jié)點與接收電極數(shù)目相同。
各二極管對的中點分別接在接收電極上，二極管的第一端分別接在與接收電極順序?qū)?yīng)的串聯(lián)電阻的接點上。
電阻網(wǎng)絡(luò)的第一個端點接地，電阻網(wǎng)絡(luò)的第二個端點被接到一個控制放大器的輸入端，控制放大器的輸出去控制一個振蕩器的振蕩電壓，此電壓即為加在發(fā)送電極上的高頻電壓，電阻網(wǎng)絡(luò)上預加一個恒定的電流，使電阻網(wǎng)絡(luò)上預先有一個恒定電壓降，控制放大器就可以把電阻網(wǎng)絡(luò)的第二個端點的電位控制在地電位。于是當發(fā)送電極移動時，從接收電極來的經(jīng)整流后的電流流經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)時其電壓降為一常數(shù)，該電流將隨發(fā)送電極與接收電極之間的相對運動而變化。
各二極管對的第二端接在輸出點上，其輸出的電流和流過電阻網(wǎng)絡(luò)的總電流大小相等，方向相反，因此輸出電流Iout將和被測的位置之間有一個確定的關(guān)系。
本位置變送器的輸出電流與加在發(fā)送電極上的振蕩器輸出的高頻電壓的振幅基本上成比例關(guān)系，故振蕩器的功率需要與輸出電流也基本上成比例，這對于二線制變送器是非常重要的，因為二線制變送器的工作電流必須等于其輸出電流。
發(fā)送電極與接收電極之間的相對位置與輸出電流Iout之間的關(guān)系可以通過選擇電阻網(wǎng)絡(luò)的各串接電阻的阻值而有所不同，例如可以是線性的或非線性的。
本位置變送器在結(jié)構(gòu)上采用多組并接的接收電極及多組并接的發(fā)送電極，并使接收電極包圍發(fā)送電極，在接收電極的外面有接地屏蔽，發(fā)送電極通過電容與振蕩器的輸出相接免除了引線。由于結(jié)構(gòu)上的特點及上述的穩(wěn)定工作點的方式使本位置變送器有高的可靠性及高的穩(wěn)定性。
附圖的說明

圖1 電容式位置變送器的原理線路圖圖2 測轉(zhuǎn)角的位置變送器的結(jié)構(gòu)圖3 測轉(zhuǎn)角的位置變送器的轉(zhuǎn)動部分圖4 轉(zhuǎn)動部分的第一個面圖5 轉(zhuǎn)動部分的第二個面圖6 轉(zhuǎn)動部分的第三個面圖7 轉(zhuǎn)動部分的第四個面圖8 測轉(zhuǎn)角的位置變送器的固定部分圖9 固定部分的第一個面圖10固定部分的第二個面圖11固定部分的第三個面圖12固定部分的第四個面圖13二線制位置變送器線路圖最佳實施方案的詳細說明1.如圖1所示，振蕩器(40)輸出的高頻電壓加在發(fā)送電極(10)上，與其耦合的接收電極(13)、(14)上感生的高頻電流經(jīng)二極管對D3、D3′及D4、D4′分別產(chǎn)生電流i3、i4、i3′、i4′。i3與i3′是大小相等方向相反的直流電流。i3流經(jīng)點(3，2，1)入地(34)，i4流經(jīng)點(4，3，2，1)入地(34)。運算放大器(30)的反向輸入端(32)接地，其正向輸入端(31)接電阻網(wǎng)絡(luò)的一端點(33)，并通過電阻R5接基準電壓US。振蕩器(40)的輸出電壓的振幅受運算放大器(30)的輸出電壓控制。于是i4與i3在電阻網(wǎng)絡(luò)上的電壓降就被控制為等于由基準電壓產(chǎn)生的電流IS在全部電阻網(wǎng)絡(luò)上的電壓降，即i4R3＋(i4＋i3)(R2＋R1＋R0)＝ISΣRi4與i3之和是接收電極給予電阻網(wǎng)絡(luò)的總電流I1，Iout與I1大小相等方向相反。i4與i3的比例應(yīng)是發(fā)送電極(10)與接收電極(13)、(14)的耦合面積之比，該耦合面積比又與行程X有關(guān)I1R′＝ISΣRR′為根據(jù)行程X變化的等值電阻，當電阻網(wǎng)絡(luò)選擇合適的阻值時，可有線性關(guān)系I1＝C－dX或 Iout＝dX－C電容器(C0～C1)為濾波電容器，負載(20)接在輸出點(21)與地之間。
振蕩器(40)輸出的高頻電壓大致隨輸出電流Iout的大小比例變化。
2.圖2是一個用于測量轉(zhuǎn)角的電容測量裝置，由轉(zhuǎn)動部分(80)與固定部分(90)構(gòu)成。發(fā)送電極被固定在轉(zhuǎn)軸(81)上，接收電報則由螺釘(92、93)固定在基座(91)上。
圖3是電容測量裝置的轉(zhuǎn)動部分(80)，有兩層印制板，四個面的圖形分別表示在圖4，5，6，7中。圖4是電容測量裝置的固定部分，有四層印制板，其中面向轉(zhuǎn)動部分的四個面的圖形分別表示在圖9，10，11，12中。
環(huán)形面94與82形成一個電容器，環(huán)形面(95)與環(huán)形面(83)形成另一個電容器。面(96，97)上各有兩組接收電極，適合于測量90°轉(zhuǎn)角，電極(11，11′，11″，11′″)連接在一起，其余電極也照此連接在一起。面(84，85)各有兩個連接在一起的發(fā)送電極，發(fā)送電極與面(82，83)通過導線(86)連接在一起，環(huán)形面(94，95)用導線與振蕩器的輸出點相接，高頻電壓就通過面(82，83)傳遞到發(fā)送電極(10，10′，10″，10′″)上，接收電極也就有了感生電流。
在固定部分(90)的每一層印制板的背面都有接地屏蔽層(98，99，100)，使外來電場不易進入電容測量裝置內(nèi)部，面(96，97)與面(84，85)構(gòu)成的成對的電容在發(fā)送電極運動的垂直方向上有一定互補作用，使面(84，85)的平面度要求降低。發(fā)送電極與接收電極在沿相對運動方向上被分成兩個或更多個的相同的部分有補償電極形狀誤差或轉(zhuǎn)軸偏心的優(yōu)點。
測量轉(zhuǎn)角的位置變送器的電極的劃分及接地屏蔽層的設(shè)置也可用在測量直線位移的位置變送器。
3.圖13是二線制位置變送器線路圖，外部電源(70)與負載電阻(71)串接，經(jīng)端子(72，73)經(jīng)一定距離接到變送器端子(74，75)上，由穩(wěn)流源(60)來的電流通過穩(wěn)壓管(35)在結(jié)點(36)上得到一個基準電壓US，由這個基準電壓US經(jīng)電阻RS產(chǎn)生基準電流IS流過電阻網(wǎng)絡(luò)入地(76)。運算放大器(30)控制振蕩器(40)使電流Iout成為某一值，其時恰好使端子(32)上的電位等于端子(31)上的電位，即地電位。Iout就成為位置X的函數(shù)。二線制變送器中一般要求Iout與X呈線性關(guān)系，可以通過準確選定R0～R7的電阻值來獲得。
電流Iout經(jīng)結(jié)點(21)送入電流控制級(20)，運算放大器(50)的反向輸入端(51)從電位器(27)獲得電位UR，變送器總電流IT與Iout之間將存在如下關(guān)系IT＝ (Iout(R23+R24)-UR)/(R23)電位器(26)作為變送器的量程調(diào)整，電位器(27)作為零點調(diào)整。
權(quán)利要求1.測量直線位移或轉(zhuǎn)角的電容式位置變送器包括一個電容測量裝置包含多個排成一行、大小相同的接收電極；一個與上述接收電極靠近放置的發(fā)送電極，該發(fā)送電極與接收電極平行地作相對運動，并有高頻電壓加在該發(fā)送電極上；多個二極管對，一對中一個二極管的陽極與另一個二極管的陰極相接，另兩端被稱為第一端及第二端，各第一端及第二端分別具有同一極性；一個由多個電阻串聯(lián)而成的電阻網(wǎng)絡(luò)，各電阻間接點被引出；一個控制放大器及一個振蕩器，該振蕩器輸出的高頻電壓的振幅受控制放大器的輸出控制，該高頻電壓加在上述發(fā)送電極上；上述二極管對的中點分別安在接收電極上，二極管對的第一端分別接在與接收電極順序?qū)?yīng)的上述電阻網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點上，電阻網(wǎng)絡(luò)的第一個端點接地；本設(shè)計的特征在于上述電阻網(wǎng)絡(luò)的第二個端點被接到上述控制放大器的第一輸入端。并同時通過一個電阻接在基準電壓源上，控制放大器的第二輸入端接地，各二極管對的第二端接在電流輸出點(21)上，該輸出點輸出一個隨發(fā)送電極與接收電極的相對位置變化的電流Iout，并通過功率放大級得到位置變送器的輸出電流。
2.如權(quán)利要求1所述的變送器，其特征在于上述電容測量裝置被分成兩個相同的部分，其分開的電極并聯(lián)在一起，對稱分布在垂直于發(fā)送電極運動方向的兩邊。
3.如權(quán)利要求2所述的變送器，其特征在于發(fā)送電極被包圍在接收電極之間，接收電極被接地屏蔽(98，99)所包圍。
4.如權(quán)利要求2所述的變送器，其特征在于沿發(fā)送電極運動方向發(fā)送電極與接收電極被分成兩個或更多個的相同的部分。
專利摘要二線制電容式位置變送器可以將直線位移或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成4—20mA電流。其構(gòu)成為在一塊發(fā)送電極上加有高頻電壓，接收電極(11～17)是許多相同大小的電極。二極管對(D
文檔編號G01B7/02GK2050586SQ8920759
公開日1990年1月3日 申請日期1989年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月18日
發(fā)明者林文 申請人:林文