專利名稱：電容式位置傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及長行程位置測量用的電容式位置傳感器，特別適用于二線制的位移變送器或轉角變送器。
先有的電容式位置傳感器(CN8510099)也是用于長行程位置測量的，它的電容裝置是這樣構成的一邊是一塊加有高頻電壓的發送電極，另一邊是排成一行的許多互相絕緣的矩形接收電極，通過接收電極的高頻電流經整流后從對應的結點經過串聯電阻流向一端，在串聯電阻的另一端輸出代表發送電極位置的電信號。它要求流過串聯電阻的總電流不變，這一總電流是由高頻振蕩器提供的，也就是說，在任何輸出大小的情況下都要求高頻振蕩器有近似相同的功率輸出及功率輸入，這一點在二線制的變送器中采用時將遇到困難。因在二線制變送器中采用統一信號4～20mA，外部電源可以提供的電壓也有一定限制，而變送器的能量消耗是從外部電源得到的，這在最小電流4mA時變送器也要能正常工作。而上述傳感器雖在精度上容易滿足需要，但在功率上，例如當4mA時，難于滿足上述要求。
以上問題可以通過本發明得到解決。
本發明的電容式位置傳感器的電容裝置有一個加有高頻電壓的發送電極和多個互相絕緣的、靠在一起共面地排成一行、大小相同的接收電極，發送電極和接收電極面對面地放置，發送電極沿接收電極的排列方向作相對運動。
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構成的電阻網絡，各電阻間的結點被引出，引出的結點與接收電極相對應。
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對應的電阻網絡的接點上。
電阻網絡的第一個端點接參考點，電阻網絡的第二個端點被接到一個控制放大器的輸入端，控制放大器的輸出端去控制一個振蕩器的振蕩電壓，此電壓即為加在發送電極上的高頻電壓。控制的結果使電阻網絡的第二個端點處于確定的電位，于是當發送電極移動時，從接收電極來的經整流后的電流流經電阻網絡時其電壓降為一常數，故該電流將隨發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絡的總電流大小相等、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關系。
本發明位置傳感器的輸出電流與加在發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系，故振蕩器的功率需要與輸出電流也基本上成比例，所以能達到這樣的目的當輸出電流是較小值時，振蕩器的功率需要也是較小值，反之亦然。當輸出電流是較大值時，振蕩器的功率需要也是較大值。
在電阻網絡上也可預加一個恒定的電流，使電阻網絡上預先有一個恒定的電壓降。這時控制放大器就可以把電阻網絡的第二個端點的電位控制在預先規定的不同電位上，包括參考點電位在內。
發送電極與接收電極之間的相對位置與輸出電流Iout之間的關系可以通過選擇電阻網絡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。
附圖的說明
圖1，先有的電容式位置傳感器(N85100991)圖2，矩形發送電極圖3，菱形發送電極圖4，有基準電壓的電容式位置傳感器圖5，有基準電流的電容式位置傳感器圖6，二線制位置變送器線路最佳實施方案的詳細說明1.如圖4所示，振蕩器(40)將高頻電壓加在發送電極(10)上，與其耦合的接收電極(13，14)上感生的高頻電流經二極管對D2、D′3及D4、D′4分別產生電流i2、i4、i′2、i′4。i2與i′2是大小相等方向相反的直流電流。i2流經點(3、2、1)入參考點(34)，i4流經點(4、3、2、1)入參考點(34)。運算放大器(30)的反向輸入端(32)接基準電壓US;其正向輸入端(31)接電阻網絡的一端點(7)，其電位與輸入端(32)相同。應滿足下式i4R3+(i4+i3)(R2+R1+R3)＝US (1)i4與i3之和是接收電極給予電阻網絡的總電流I1，該總電流I1受振蕩器(40)的高頻電壓振幅大小的影響而變化，該振幅又被運算放大器(30)所控制。i4與i3的比例應是發送電極(10)與接收電極(13、14)的耦合面積之比，該耦合面積之比又與行程X有關，故可寫為I1R′＝US (2)式(2)中R′為根據行程X變化的等值電阻。
當發送電極是矩形(見圖2)并與接收電極等長時，由I1在電阻網絡上產生的電壓降是I1R′=I1(ΣK=0nRK+Rn+1b(X-nb)).....(3)]]>n為發送電極越過接收電極的塊數，b為一塊接收電極長度。
當發送電極是菱形(見圖3)，且其對角線長度為二倍接收電極長度時，I1R′=(ΣK=0nPK+12Rn+1+1bRn+1(X-nb)+12b2(Rn+2-Rn+1)]]>(X-nb)2)........(4)]]>當I1R′＝US＝常數時，且R1＝R2＝R3＝……，無論在式(3)及式(4)中I1將與R′呈倒數關系，因輸出電流Iout與I1是等值的，所以在電阻網絡中串聯電阻為相等值時，即R1＝R2＝R3＝……R，如按式(3)得
(5)在R1≠R2≠R3……時，若采用菱形發送電極可以得到比較光滑的輸出曲線，各電阻根據需要選取一定值時可以得到Iout與X之間的各種函數關系，包括Iout＝c-dx這樣的線性關系，式(6)中c與d各為一定值常數。
電容器(C0～C7)為濾波電容器。負載(20)接在輸出點(21)與參考點之間。
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5的實施方案中有一個基準電壓u′s通過電阻RS產生一恒定電流IS流過電阻網絡入參考點(34)，電阻RS與電阻網絡的結點(33)接在放大器的正向輸入端(31)上，反向輸入端(32)接參考點，此時，式(1)及式(2)及式(5)中的Us應改為-Is∑Ro輸出電流Iout和位置X及電阻網絡的電阻值之間的關系與圖4的實施方案相同。
3.圖6是一個二線制的位置變送器線路，外部電源(70)與負載電阻(71)串接，經端子(72、73)經一定距離接到變送器端子(74、75)上，由穩流源(60)的電流通過穩壓管(35)在結點(36)上得到一個基準電壓U′s，由這個基準電壓Us′經電阻Rs產生基準電流Is流過電阻網絡入參考點(76)。運算放大器(30)控制振蕩器(40)使電流Iout成為某一值，其時好使端子(32)上的電位等于端子(31)上的電位，即參考點電位。Iout就成為位置X的函數。在二線制變送器中一般要求Iout與X呈線性關系，這可以通過準確選定R0～R6的電阻值來獲得，這時還必須把位置X的起點和末點顛倒過來(和圖4相比)使Iout與X成正比關系。
電流Iout經結點(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UR1變送器總電流IT與Iout之間將存在如下關系
事實上，電流IT的大部分是由振蕩器(40)運算放大器(30、50)及穩流源(60)所流過的電流合成的。其不足部分由運算放大器(50)的輸出電流經R25補充。電位器(26)作為變送器的量程調整，電位器(27)作為零點調整。
發送電極及接收電極當然也可以在保持一定間隙的情況下排列在扇面上及園柱面上。
權利要求
1.電容式位置傳感器包括一個電容裝置其中包含多個其面的彼此緊靠并絕緣的接收電極；一個與上述接收電極平行地靠近放置的發送電極，該發送電極與上述接收電極作相對運動，并有高頻電壓加在該發送電極上；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；一個由多個電阻串接而成的電阻網絡，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送電極上；上述二極管對的中點分別接在接收電極上，二極對的第一端分別接在與接收電極順序對應的上述電阻網絡的接點上，電阻網絡的第一個端點接參考點；本發明的特征在于上述電阻網絡的第二個端點被接到上述控制放大器的第一輸入端，控制放大器的第二輸入端接在一個確定電位點US上，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送電極與接收電極的相對位置變化的電流Iout。
2.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于上述電阻網絡中有一個基準電流Is，該電流是由基準電壓U′s通過接在電阻網絡的第二個端點上的電阻Rs產生的，該電流的存在是為了使電阻網絡的第二個端點被控制預先選定的電位上包括參考點電位。
全文摘要
本發明是一種用于二線制位置變送器的電容式位置傳感器，其構成為在一塊發送電極上加有高頻電壓，接收電極(11～17)是許多矩形電極，二極管對(D
文檔編號G01B7/02GK1033478SQ87101490
公開日1989年6月21日 申請日期1987年12月9日 優先權日1987年12月9日
發明者林文 申請人:林文