专利名称：一种二维积分函数电容传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计量装置领域的一种二维积分函数电容传感器。
在汽车油量表中大多数仍采用电阻传感器，现行的电阻传感器和某些电容传感器只能输出正比于液位高度的电压，不能直接用于测量变截面容器中液体容量，因此变截面容器中液体容量测量用仪表的制造和应用都存在一定的局限。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种二维积分函数电容传感器。它可以通过下列技术方案来解决，它包括传感部件和电路部件，其结构特点是传感部件是一个测量用管式电容元件，由金属外管、内管、圆盘、垫圈式外管引线、膨胀螺钉式内管引线、绝缘环组成。绝缘环安装在外管和内管之间的上下端，使内外管形成确定的电极距离，且使其内外管的有效电极面积关于高度的分布函数与变截面容器对应的截面积函数成正相关，圆盘设在管式电容上端，膨胀螺钉式管引线设在内管上端，用螺帽固定，该电容元件内外管的有效高度与被测容器的有效高度相等。电路部件由基准电压源电路和脉冲调宽C/U转换电路组成，基准电压源电路由电阻R7、R8、R9、R10，电位器W1、W2，滤波电容C4，可调正输出分流稳压器IC1构成，其中R7、R8、R9、W1、IC1组成可调基准稳压源，为脉冲调宽C/U转换电路提供电源并保证脉冲幅度稳定，可调，C4为电源滤波，R10、W2为分压电路，W2中间插头提供传感器在被测容器中液体容量零状态平衡电压；脉冲调宽C/U转换电路由六反相器IC2、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容器C1、C2、C3，二极管D1和与其中R3、R2相连的测量电容元件CX组成，IC2中U1A、U2B、U3C三个反相器与R1、C1组成脉冲振荡和整形电路产生等宽矩形波，IC2中U4F、U5E与D1、R2、R3、R4、CX组成脉冲调宽电路，由IC22的第10脚输出脉宽调制后的信号电压至IC2的9脚，经IC2的U6D倒相由IC28脚输出测量脉冲信号，再经滤波后由R6、C3的接点输出直流信号电压。基准电压源电路和脉冲调宽C/U转换电路组装在一块线路板并固定在测量电容元件CX顶端形成一个整体，传感器通过圆盘安装在被测容器顶面的几何中心，传感器罩盖经固定螺钉与容器连接，形成一个完整的电磁屏蔽，传感部件与电路部件通过导线连接。
上述传感部件中，管式电容元件管壁有效面积，应符合hi+1输出电压Ui＝Kr∫Sr(h)dh和hihi+1电容改变Δci＝kc∫ (ε-εo)dSc(h)hi正相关函数分布原则。
上述电路部件中的稳压集成元件IC1为可调正输出分流稳压器431，与集成元件IC2为六反相器4069，二极管D1为4148。
本实用新型相对于现有技术具有以下特点1、直接将液面高度与容器截面积两个物理量的积分转换成与之成正比的直流信号电压，用于容量测量和容量控制十分方便。
2、结构简单，容易制造。
3、采用应用十分普遍的通用反相器集成电路，降低制造成本，利于推广应用。
4、传感器变换精度高，灵敏度高，输出信号电压高。
图1为本实用新型实施例整体结构示意图。
图2为本实用新型电路部件基准电压源电路图。
图3为本实用新型电路部件脉冲调宽C/U转换电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
附图1所示测量用电容元件CX由金属外管1、金属内管2、园盘3、垫圈式外管引线4、膨胀螺钉式内管引线5、绝缘环6组成。绝缘环安装在外管1、内管2之间的两端，使内外管形成确定的电极距离。外管1与内管2的有效电极面积关于高度的分布函数与变截面容器对应的截面积函数成正相关。内外管的有效截面积分布用两种方法实现。一是分别在内、外管壁上按照经过精确计算的分布函数开窗孔。当被测容器内液面高度由hi→hi+1时，应符合输出电hi+1 hi+1压Ui＝Kr∫ Sr(h)dh和电容改变Δci＝kc∫ (ε-εo)dSc(h)正hihi相关函数分布原则；二是在内管2的外壁贴上符合分布函数的绝缘材料。当被测容器内液面高度改变由hi+1时，对应的电容改变Δci＝kc∫hihi+1(ε-εo)dSc(h)，上述式中Sr(h)是与液面高度对应的截面积函数，kr是容器容积电压变换积分常数；Kc是电容器介质、极板面积电容变换的积分常数，Sc(h)是与液面高度对应的电容器电极面积分布函数，ε被测液体介电常数，εo为空气的介电常数。电容元件内外管的有效高度与被测容器的有效高度相等，外管1通过垫圈式引线4与脉冲调宽C/U转换电路A接地线相连，内管2通过膨胀螺钉式引线5与脉冲调宽C/U转换电路A中R2、R3相连。
如图2所示，基准电压源电路B包括电阻元件R7、R8、R9、R10，电位器W1、W2，滤波电容C4，可调正输出分流稳定器IC1。其中R7、R8、R9、W1、IC1组成可调基准稳压源，为脉冲调宽C/U转换电路提供电源并保证脉冲幅度稳定、可调、C4为电源滤波，R10、W2为分压电路，W2中间插头提供传感器在被测容器中液体容量零状态平衡电压。
附图3所示脉冲调宽C/U转换电路C，由六反相器IC2、电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容器C1、C2、C3，二极管D1和与其中R3、R2相连的测量电容元件CX组成。IC2中U1A、U2B、U3C三个反相器与R1、C1组成脉冲振荡和整形电路产生等宽矩形波，其中IC2第1脚与R1、C1相连，IC2第2脚与3脚相连并与R1另端连接。IC2第4脚与5脚相连并与C1另端连接，IC2第6脚输出等宽矩形波。IC2中U4F、U5E与D1、R2、R3、R4、CX组成脉冲调宽电路，其中R2、R4与IC2第6脚连接，R2的另一端与R3、CX连接，CX另一端接地，R3另一端接IC2第13脚，IC2第12脚与D1阴极连接，IC2第11脚与D1阳极、R1的另一端相连，IC2的第10脚输出脉宽调制后的信号电压至IC2的9脚，经IC2的U6D例相由IC2第8脚输出测量脉冲信号。R6、R7、C2、C3组成滤波电路，其中R5一端连IC2第8脚，R5另一端连C2、R6，R6的另一端连C3，C2、C3的另一端接地，IC2的第8脚输出的脉冲信号经两级滤波后由R6、C3的接点输出直流信号电压。
上述电路B、C安装在一块线路板并固定在测量电容元件CX顶端形成一个整体，传感器通过园盘安装在被测容器顶面的几何中心，也可安装在符合测量要求的其他位置。传感器罩盖经固定螺钉与容器连接，形成一个完整的电磁屏蔽。
权利要求1.一种二维积分函数电容传感器，包括传感部件和电路部件，其特征在于a、传感部件是一个测量用管式电容元件，它由金属外管、内管、圆盘、垫圈式外管引线、膨胀螺钉式内管引线、绝缘环组成，绝缘环安装在外管和内管之间的上下端，使内外管形成确定的电极距离，且使其内外管的有效电极面积关于高度的分布函数与变截面容器对应的截面积函数成正相关，圆盘设在管式电容上端，膨胀螺钉式内管引线设在内管上端，用螺帽固定，该电容元件内外管的有效高度与被测容器的有效高度相等；b、电路部件由基准电压源电路和脉冲调宽C/U转换电路组成，基准电压源电路由电阻R7、R8、R9、R10，电位器W1、W2，滤波电容C4，可调正输出分流稳压器IC1构成，其中R7、R8、R9、W1、IC1组成可调基准稳压源，为脉冲调宽C/U转换电路提供电源并保证脉冲幅度稳定，可调，C4为电源滤波，R10、W2为分压电路，W2中间插头提供传感器在被测容器内液体容量零状态平衡电压；脉冲调宽C/U转换电路由六反相器IC2、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，电容器C1、C2、C3，二极管D1和与其中R3、R2相连的测量电容元件CX组成，IC2中U1A、U2B、U3C三个反相器与R1、C1组成脉冲振荡和整形电路产生等宽矩形波，IC2中U4F、U5E与D1、R2、R3、R4、CX组成脉冲调宽电路，由IC22的第10脚输出脉宽调制后的信号电压至IC2的9脚，经IC2的U6D倒相由IC28脚输出测量脉冲信号，再经滤波后由R6、C3的接点输出直流信号电压；c、基准电压源电路和脉冲调宽C/U转换电路组装在一块线路板并固定在测量电容元件CX顶端形成一个整体，传感器通过圆盘安装在被测容器顶面的几何中心，传感器罩盖经固定螺钉与容器连接，形成一个完整的电磁屏蔽，传感部件与电路部件通过导线连接。
2.按权利要求1所述的二维积分函数电容传感器，其特征在于d、上述传感部件中，管式电容元件管壁有效面积，应符合hi+1输出电压Ui＝Kr∫ Sr(h)dh和hihi+1电容改变Δci＝kc∫(ε-εo)dSc(h)hi正相关函数分布原则。
3.按权利要求1所述的二维积分函数电容传感器，其特征在于f、上述电路部件中的稳压集成元件IC1为可调正输出分流稳压器431，与集成元件IC2为六反相器4069，二极管D1为4148。
专利摘要本实用新型涉及一种二维积分函数电容传感器，用于计量装置领域的汽车油量表及各种型号油罐。它包括传感部件和电路部件，两部件通过导线连接。传感部件由金属内外管、垫圈式外管引线、膨胀螺钉式内管引线、绝缘环构成的管式电容元件，电路部件是由基准电压源电路和脉冲调宽C/U转换电路构成。基准电压源电路向脉冲调宽C/U转换电路提供电源并保证脉冲幅度稳定、可调；C/U转换电路直接输出与被测液体容量成正相关的直流信号电压。本实用新型具有结构简单，制造容易，成本低，灵敏度高等特点，特别适用于测量变截面容器中的液体容量。
文档编号G01D1/00GK2527968SQ0220190
公开日2002年12月25日 申请日期2002年1月2日 优先权日2002年1月2日
发明者戴聃 申请人:戴聃