Емкостный датчик Советский патент 1991 года по МПК G01F23/26 G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения границы неэлектропроводных сред с различной диэлектрической проницаемостью, например уровня хладона.

Целью изобретения является обеспечение инвариантных по соотношению к температуре измерений.

На фиг. 1 изображен датчик, аксиальный разрез; на фиг. 2 - внешняя сторона каждого из двух слоев; на фиг. 3 - их внутренняя сторона; на фиг. 4 - электрическая схема датчика.

Датчик выполнен в виде многослойной печатной платы, содержащей два слоя 1 и 2 диэлектрика, на каждом из которых нанесены на внешней стороне концентрические кольцевые электроды 3 и 4, а на внутренней - металлизированный экран 5. Пять переходных металлизированных отверстий размещены на одном диаметре, при этом отверстие 6. расположенное в центре, на

внешней стороне соединено с контактной площадкой 7, а на внутренней-с экраном 5. Переходные отверстия 8-19 расположены на кольцевых электродах 3 и 4 симметрично относительно центра по два на каждом из них, причем одно из отверстий на каждом электроде соединено с контактной площадкой 12, 13, изолированной от этого электрода. На внутренней стороне каждого слоя эти четыре переходных отверстия соединены с контактными площадками 14-17, изолированными от экрана 5. Внутренние стороны слоев соединены так, что идентичные половины внешних сторон оказываются развернутыми одна относительно другой на 180° вокруг оси отверстия 6. Переходные отверстия обоих слоев совмещены и заполнены проводником 18.

Датчик представляет собой набор конденсаторов, связанных между собой (фиг. 4), при этом обкладками конденсаторов являются: Сх кольцевые электроды 3, 4 слоя 1; Со - кольцевые электроды 3, 4 слоя 2; Ci Ё

О

х| СП

о

00

А

кольцевой электрод 3 слоя 1 и металлизированный экран 5; С2 - кольцевой электрод 3 слоя 2 и металлизированный экран 5; Сз - кольцевой электрод 4 слоя 1 и металлизированный экран 5; С4 - кольцевой электрод 4 слоя 2 и металлизированный экран 5.

Номера клемм на схеме соответствуют номерам позиций металлизированных отверстий датчика, заполненных проводниками. Схема представляет собой два емкостных делителя, образованных конденсаторами Сх, Cl И Со, С2 ИЛИ Сх. Сз И Со, С4Датчик должен быть установлен в контейнере с контролируемой средой так, чтобы одна плоская поверхность находилась на внутренней поверхности контейнера, а другая - вне контейнера и была изолирована от контролируемой среды, как и проводники, соединяющие электроды датчика с измерительной схемой. В зависимости от вида кон- троля датчик может быть установлен на дне, на крышке или на вертикальной стенке контейнера. Установка датчика на дне контейнера обеспечивает контроль опорожнения, на крышке - предельное заполнение необ- ходимого объема.

Компенсирующей конденсатор Со испытывает только воздействие окружающей среды, так как слой 2 датчика изолирован от контролируемой среды. Измерительный конденсатор Сх испытывает, кроме того, и воздействие контролируемой среды, с которой слой 1 датчика находится в непосредственном контакте в процессе работы.

Если к контактам 6,9,10 и 11 подключен источник переменного напряжения, а к контактам 8 и 10 подключен прибор для измерения разности напряжений на делителях, то относительно входного напряжения, подаваемого на входы 9,10,11, коэффициенты передачи по выходам на клеммах 8,10 делителей соответственно равны Сх 1

Кз

Ci +СХ

1 +

Ci

+V

v-o

Когда контролируемая граница сред находится ниже датчика, емкости конденсато- 50 ров делителей равны: Сх Со, С2 ; Ci и,

0

5 0 5

0

5 0

5

0

следовательно, равны коэффициенты передачи Кв Кю. Это равенство не нарушается при изменении внешних факторов, например температуры. Показание прибора в этом случае равно нулю.

При достижении контролируемой средой уровня измерительного конденсатора Сх его емкость изменится за счет изменения диэлектрической проницаемости, соответственно изменится и коэффициент передачи Кв. а емкость компенсирующего конденсатора Со и коэффициент передачи Кю останутся неизменными. Прибор зарегистрирует разность напряжений, величина которой зависит от положения границы контролируемой среды в пределах, обусловленных диаметром датчика (при его вертикальном размещении).

Так как конфигурация и размеры электродов на обеих сторонах датчика одинаковы, то безразлично, какая из сторон находится в контакте с контролируемой средой. Изменение геометрических параметров датчика при изменении температуры окружающей среды, в том числе и контролируемой, не влияет на результат измерений.

Формула изобретения

Емкостной датчик, содержащий диэлект- трическое основание в форме диска, на котором расположены два электрода в виде концентрических колец, отличающийся тем, что, с целью обеспечения инвариантных по отношению к температуре измерений, он выполнен в виде трехслойной печатной платы с двумя разделительными слоями диэлектрика и пятью сквозными переходными проводниками, расположенными перпендикулярно плоскости диска на одном диаметре, при этом проводник в центре диска соединен с внутренним проводящим слоем и изолирован от электродов на внешних идентичных проводящих слоях, а остальные четы ре проводника изолированы от внутреннего проводящего слоя и расположены по два в области каждого из кольцевых электродов симметрично относительно центра, причем каждый из них соединен с соответствующим кольцевым электродом на одном из внешних проводящих слоев и изолирован от электрода на другом внешнем проводящем слое.

со

со о ю

IsСО

s

Фиг. 5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения границы неэлектропроводящих сред с различной диэлектрической проницаемостью. Цель изобретения обеспечение инвариантных по отношению к температуре измерений, При достижении контролируемой средой уровня измерительного конденсатора Сх его емкость изменяется за счет изменения диэлектрической проницаемости, соответственно изменяется и коэффициент Кз передачи, а емкость компенсирующего конденсатора С0 и коэффициент передачи Кю остаются неизменными. Прибор зарегистрирует разность напряжений, величина которой зависит от положения границы контролируемой среды в пределах, обусловленных диаметром датчика. 4 ил.

Фиг.ч

Редактор А.Мотыль

Составитель А.Курочкин Техред М.Моргентал

Корректор М.Максимишинец