[发明专利]一种非接触式电容复合电极型位移传感器及测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触式电容复合电极型位移传感器及测量仪，属于位移型传感器技术及测量仪技术，特别适用于位移、厚度和振动的测量。

背景技术

非接触式电容微位移传感器的应用十分广泛，其进行位移测量的原理方法和仪器也很多。如电容运算法、电容谐振法、电容调频法、电容调幅法、电容调脉宽法等等，通过变换将被测位移转换为电量输出。以电容运算法测量仪为例：该仪器的测量原理是以电容运算法的电压输出V_b其中为仪器电路的标准信号电压；C_b为仪器电路中的标准电容。它的结构包括三电极的电容位移传感器、标准信号发生器、负反馈运算放大器、低通滤波器及显示系统。由公式可见其电压输出与被测位移成正比，因而测量范围宽、线性好、精度高。然而它和一般电容位移传感器及其测量仪一样，存在一些通病。首先用电容法进行位移测量时，由于测量环境中介质因素的非标准性会对测量带来误差，（即测量环境介质ε_r与仪器电路的标准电容C_b介质不同）；其次测量环境介质的变化也会对测量带来误差，（即Δε_r的随机误差）；还有测量条件下空气的湿度会使测量带来严重的影响，甚至无法进行测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触式电容复合电极型位移传感器及测量仪，该传感器和测量仪用于测量位移、厚度和振动时不受环境介质变化的影响及所带来的测量误差，测量精度高、使用方便、应用广泛、结构简单。

为达到上述目的本发明采用以下技术方案加以实现的。该位移传感器由外屏蔽电极壳及其壳内的测量电极、内屏蔽电极、电路板、电缆接头构成。其特征在于内屏蔽电极与测量电极之间加设了复合电极。在该传感器上端设有气嘴接头，该气嘴与传感器内腔及电极间隙构成气路通道。电极所连接的电路板主要包括热敏元件、压力敏感元件和湿敏元件组成。外形为圆柱体或为矩形体。

上述的热敏元件包括热电阻、热电偶，压力敏感元件包括硅压力器、弹性体压力器，湿敏元件包括半导体化合物湿敏器件。

位移和厚度的测量仪结构，包括标准信号发生器电路、负反馈运算放大器、单片机数据处理及控制电路、显示电路系统构成。位移传感器的复合电极和测量电极分别连接于标准信号发生器电路和负反馈运算放大器，仪器内设有连接热敏元件的电路，压力敏感元件的电路和湿敏元件的电路及气路控制电路。

热敏元件的电路由前置放大器、线性补偿电路、跟随器组成。压力敏感元件的电路由跟随器、放大器组成。湿敏元件的电路由前置放大器、选频放大器组成。气路控制电路主要由开关电路和气泵组成。

本发明的优点不仅在于电容型非接触式位移测量方法，更具有无接触测量误差、摩擦热噪声、热损耗小等特点，测量速度快、频率响应好。结构简单，使用方便，信噪比高，输入能量低，最小的自加热效应，可以应用于特殊的场合的特点。因此几乎不受外界环境介质对位移测量的影响。仪器的稳定性得到了进一步的提高，重复性、分辨力和线性度更好，测量范围更宽，应用范围更加广泛。

附图说明

图1为本发明非接触式电容复合电极型位移传感器结构示意图

图2为配合使用非接触式电容复合电极型位移传感器的测量仪结构框图

图中：1为测量电极；2为复合电极；3为内屏蔽电极；4为复合电极架；5为复合电极座；6为外屏蔽电极壳；7为电路板；8为密封圈；9为外盖；10为电缆接头；11为气路接头；12为锥螺纹接口；13为标准信号发生器；14为非接触式电容复合电极型位移传感器；15为运算放大器；16为单片机数据处理及控制电路；17为前置放大器；18为线性补偿电路；19为跟随器；20为跟随器；21为放大器；227为前置放大器；23为选频滤波放大器；24为开关电路；25为气泵；26为单片机与控制电路；27为显示系统。

具体实施方式