专利名称：电容式位置变速器的制作方法
技术领域：
本设计是属于测量直线位移或转角的位置变送器，其输出为统一信号4～20mA，也可以是其他电流、电压信号。
本位置变送器的电容测量装置有一个加有高频电压的发送电极和多个排成一行、大小相同的接收电极，发送电极沿接收电极的排列方向作相对运动，以改变其耦合面积。
有多个二极管对、一对中一个二极管的阳极与另一个二极管的阴极相接，另两端被称为第一端与第二端，各第一端与各第二端分别具有同一极性。
有一个由多个电阻串接而成的电阻网络，各电阻间的结点被引出，引出的结点与接收电极数目相同。
各二极管对的中点分别接在接收电极上，二极管的第一端分别接在与接收电极顺序对应的串联电阻的接点上。
电阻网络的第一个端点接地，电阻网络的第二个端点被接到一个控制放大器的输入端，控制放大器的输出去控制一个振荡器的振荡电压，此电压即为加在发送电极上的高频电压，电阻网络上预加一个恒定的电流，使电阻网络上预先有一个恒定电压降，控制放大器就可以把电阻网络的第二个端点的电位控制在地电位。于是当发送电极移动时，从接收电极来的经整流后的电流流经电阻网络时其电压降为一常数，该电流将随发送电极与接收电极之间的相对运动而变化。
各二极管对的第二端接在输出点上，其输出的电流和流过电阻网络的总电流大小相等，方向相反，因此输出电流Iout将和被测的位置之间有一个确定的关系。
本位置变送器的输出电流与加在发送电极上的振荡器输出的高频电压的振幅基本上成比例关系，故振荡器的功率需要与输出电流也基本上成比例，这对于二线制变送器是非常重要的，因为二线制变送器的工作电流必须等于其输出电流。
发送电极与接收电极之间的相对位置与输出电流Iout之间的关系可以通过选择电阻网络的各串接电阻的阻值而有所不同，例如可以是线性的或非线性的。
本位置变送器在结构上采用多组并接的接收电极及多组并接的发送电极，并使接收电极包围发送电极，在接收电极的外面有接地屏蔽，发送电极通过电容与振荡器的输出相接免除了引线。由于结构上的特点及上述的稳定工作点的方式使本位置变送器有高的可靠性及高的稳定性。
附图的说明
图1 电容式位置变送器的原理线路图图2 测转角的位置变送器的结构图3 测转角的位置变送器的转动部分图4 转动部分的第一个面图5 转动部分的第二个面图6 转动部分的第三个面图7 转动部分的第四个面图8 测转角的位置变送器的固定部分图9 固定部分的第一个面图10固定部分的第二个面图11固定部分的第三个面图12固定部分的第四个面图13二线制位置变送器线路图最佳实施方案的详细说明1.如图1所示，振荡器(40)输出的高频电压加在发送电极(10)上，与其耦合的接收电极(13)、(14)上感生的高频电流经二极管对D3、D3′及D4、D4′分别产生电流i3、i4、i3′、i4′。i3与i3′是大小相等方向相反的直流电流。i3流经点(3，2，1)入地(34)，i4流经点(4，3，2，1)入地(34)。运算放大器(30)的反向输入端(32)接地，其正向输入端(31)接电阻网络的一端点(33)，并通过电阻R5接基准电压US。振荡器(40)的输出电压的振幅受运算放大器(30)的输出电压控制。于是i4与i3在电阻网络上的电压降就被控制为等于由基准电压产生的电流IS在全部电阻网络上的电压降，即i4R3＋(i4＋i3)(R2＋R1＋R0)＝ISΣRi4与i3之和是接收电极给予电阻网络的总电流I1，Iout与I1大小相等方向相反。i4与i3的比例应是发送电极(10)与接收电极(13)、(14)的耦合面积之比，该耦合面积比又与行程X有关I1R′＝ISΣRR′为根据行程X变化的等值电阻，当电阻网络选择合适的阻值时，可有线性关系I1＝C－dX或 Iout＝dX－C电容器(C0～C1)为滤波电容器，负载(20)接在输出点(21)与地之间。
振荡器(40)输出的高频电压大致随输出电流Iout的大小比例变化。
2.图2是一个用于测量转角的电容测量装置，由转动部分(80)与固定部分(90)构成。发送电极被固定在转轴(81)上，接收电报则由螺钉(92、93)固定在基座(91)上。
图3是电容测量装置的转动部分(80)，有两层印制板，四个面的图形分别表示在图4，5，6，7中。图4是电容测量装置的固定部分，有四层印制板，其中面向转动部分的四个面的图形分别表示在图9，10，11，12中。
环形面94与82形成一个电容器，环形面(95)与环形面(83)形成另一个电容器。面(96，97)上各有两组接收电极，适合于测量90°转角，电极(11，11′，11″，11′″)连接在一起，其余电极也照此连接在一起。面(84，85)各有两个连接在一起的发送电极，发送电极与面(82，83)通过导线(86)连接在一起，环形面(94，95)用导线与振荡器的输出点相接，高频电压就通过面(82，83)传递到发送电极(10，10′，10″，10′″)上，接收电极也就有了感生电流。
在固定部分(90)的每一层印制板的背面都有接地屏蔽层(98，99，100)，使外来电场不易进入电容测量装置内部，面(96，97)与面(84，85)构成的成对的电容在发送电极运动的垂直方向上有一定互补作用，使面(84，85)的平面度要求降低。发送电极与接收电极在沿相对运动方向上被分成两个或更多个的相同的部分有补偿电极形状误差或转轴偏心的优点。
测量转角的位置变送器的电极的划分及接地屏蔽层的设置也可用在测量直线位移的位置变送器。
3.图13是二线制位置变送器线路图，外部电源(70)与负载电阻(71)串接，经端子(72，73)经一定距离接到变送器端子(74，75)上，由稳流源(60)来的电流通过稳压管(35)在结点(36)上得到一个基准电压US，由这个基准电压US经电阻RS产生基准电流IS流过电阻网络入地(76)。运算放大器(30)控制振荡器(40)使电流Iout成为某一值，其时恰好使端子(32)上的电位等于端子(31)上的电位，即地电位。Iout就成为位置X的函数。二线制变送器中一般要求Iout与X呈线性关系，可以通过准确选定R0～R7的电阻值来获得。
电流Iout经结点(21)送入电流控制级(20)，运算放大器(50)的反向输入端(51)从电位器(27)获得电位UR，变送器总电流IT与Iout之间将存在如下关系IT＝ (Iout(R23+R24)-UR)/(R23)电位器(26)作为变送器的量程调整，电位器(27)作为零点调整。
权利要求1.测量直线位移或转角的电容式位置变送器包括一个电容测量装置包含多个排成一行、大小相同的接收电极；一个与上述接收电极靠近放置的发送电极，该发送电极与接收电极平行地作相对运动，并有高频电压加在该发送电极上；多个二极管对，一对中一个二极管的阳极与另一个二极管的阴极相接，另两端被称为第一端及第二端，各第一端及第二端分别具有同一极性；一个由多个电阻串联而成的电阻网络，各电阻间接点被引出；一个控制放大器及一个振荡器，该振荡器输出的高频电压的振幅受控制放大器的输出控制，该高频电压加在上述发送电极上；上述二极管对的中点分别安在接收电极上，二极管对的第一端分别接在与接收电极顺序对应的上述电阻网络的结点上，电阻网络的第一个端点接地；本设计的特征在于上述电阻网络的第二个端点被接到上述控制放大器的第一输入端。并同时通过一个电阻接在基准电压源上，控制放大器的第二输入端接地，各二极管对的第二端接在电流输出点(21)上，该输出点输出一个随发送电极与接收电极的相对位置变化的电流Iout，并通过功率放大级得到位置变送器的输出电流。
2.如权利要求1所述的变送器，其特征在于上述电容测量装置被分成两个相同的部分，其分开的电极并联在一起，对称分布在垂直于发送电极运动方向的两边。
3.如权利要求2所述的变送器，其特征在于发送电极被包围在接收电极之间，接收电极被接地屏蔽(98，99)所包围。
4.如权利要求2所述的变送器，其特征在于沿发送电极运动方向发送电极与接收电极被分成两个或更多个的相同的部分。
专利摘要二线制电容式位置变送器可以将直线位移或转角转换成4—20mA电流。其构成为在一块发送电极上加有高频电压，接收电极(11～17)是许多相同大小的电极。二极管对(D
文档编号G01B7/02GK2050586SQ8920759
公开日1990年1月3日 申请日期1989年5月18日 优先权日1989年5月18日
发明者林文 申请人:林文