[实用新型]一种电容式传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，具体涉及电容式传感器。

背景技术

电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。

目前的电容式传感器通常由外壳、以及安装于外壳内的感应极板、固定结构和电容检测芯片构成。其中，感应极板通常是单独制造的，其对生产设备的精度要求很高，否则很容易造成感应极板的大小不一，进而影响测量精度；另外，在将感应极板、固定结构、电容检测芯片等组件组装起来时，其对安装的精度同样要求很高，这对生产设备提出了很高的要求，且组装费时。因此，现有的电容式传感器的主要缺点是：制备较为复杂，精度较低，小型化的难度较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种制备简单、成本低廉、定位精度高、易于小型化的新型的电容式传感器，以解决现有技术的不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型的思路是，将感应极板、电容检测芯片设置于印刷电路板上。其中，感应极板的数量至少是两片，本方案中，考虑到精度以及成本，采用三片的感应极板来实现，具体的，这三片感应极板是由铜箔在印刷电路板的上表面印刷制成。电容检测芯片焊接于印刷电路板的下表面，该电容检测芯片优选采用我公司研发的型号为CS001的电容检测芯片（市场上有售），该电容检测芯片是具有6个管脚的芯片，该电容检测芯片的其中三个管脚分别连接上述的三片感应极板，还有三个管脚通过三根金属引脚从印刷电路板上引出。当然，也可使用具有类似功能的其他电容检测芯片（例如型号为MS3110的电容检测芯片），只需该电容检测芯片具有差分检测电容差值的功能即可。由于以印刷电路板的铜箔印刷腐蚀成的感应极板可以做到很高的尺寸及位置精度，因而解决了背景技术中描述的单独制造感应极板的制备较为复杂、精度较低、小型化的难度较大的缺点。

具体的，本实用新型所采用的技术方案是，一种电容式传感器，包括外壳上盖、外壳底座、卡置于外壳上盖和外壳底座构成的容置空间内的印刷电路板、以及位于印刷电路板与外壳上盖构成的空间内的两颗金属球。所述外壳上盖恰与外壳底座配合。所述印刷电路板的上表面通过铜箔印刷出三片感应极板：位于左侧的第一感应极板、位于中间的第二感应极板和位于右侧的第三感应极板，所述印刷电路板的下表面焊接有电容检测芯片以及三根金属引脚，所述电容检测芯片的其中三个管脚分别连接所述三片感应极板，所述电容检测芯片的另外的三个管脚分别连接至所述三根金属引脚。

所述金属球采用不带磁性的金属制成，其设于印刷电路板印刷有感应极板的上表面与外壳上盖构成的空间内，并随着印刷电路板的倾斜角度的变化而在该空间内自由滚动。当所述金属球滚动到印刷电路板的右侧时，第二感应极板和第三感应极板之间的电容值变大，电容检测芯片由此识别出金属球位于右侧；当金属球滚动到印刷电路板的左侧时，第一感应极板和第二感应极板之间的电容值变大，电容检测芯片由此识别出金属球位于左侧。

进一步的，为了保证金属球不会横跨两个感应极板，所述第二感应极板的宽度大于第一感应极板的宽度以及第三感应极板的宽度，所述金属球的直径小于第二感应极板的宽度，且大于第一感应极板的宽度以及第三感应极板的宽度。优选的，第一感应极板的宽度与第三感应极板的宽度相等，第二感应极板的宽度略大于第一感应极板的宽度，金属球的直径约等于第一感应极板、第二感应极板以及第三感应极板的宽度总和的1/3。

同时，为了检测本实用新型的电容式传感器的平放、竖放或者侧放状态，当本实用新型的电容式传感器水平放置时，印刷电路板的平面与水平面的夹角成一定角度，优选的，该夹角为7-10°。这样，当电容式传感器水平放置时，金属球将滚动至印刷电路板较低的一侧，电容检测芯片由此检测出电容式传感器的平放状态；当电容式传感器竖放时，金属球将会滚动至印刷电路板的另外一侧，电容检测芯片由此检测出电容式传感器的竖放状态。

另外，金属球置于印刷电路板印刷有感应极板的上表面与外壳上盖构成的空间内，外壳上盖的容纳金属球的上半部分的横切面呈梯形，当电容式传感器侧放时，金属球滚动至梯形的宽边，电容检测芯片由此检测出电容式传感器的侧放状态。优选的，所述梯形的窄边的宽度略大于金属球的直径，使得单个金属球可自由移动，且避免卡在外壳上，所述梯形的宽边的宽度小于两个金属球的直径之和，避免两个金属球并列时卡在外壳上。优选的，两个金属球的球心的连线与梯形的宽边所形成的夹角大于45°。