一种电容传感探头和精密弹簧测漂仪制造技术

本发明专利技术公开了一种电容传感探头和精密弹簧测漂仪，该电容传感探头由可变平行板电容器、电容动片锁止机构、电磁屏蔽罩和动片连接件组成，该电容传感探头巧妙地应用了可变平行板电容器，结合电容传感电路实现对电容动片微小位移的检测。该测漂仪将精密弹簧与上述电容传感探头结合，通过测量可变平板电容器电容的变化得出精密弹簧长度的微小变化，进而计算出待测精密弹簧的温漂或时漂系数。该测漂仪巧妙地应用了上述电容传感探头，成功地实现了对待测精密弹簧(或类似器件样品)的温漂和时漂系数的快速、准确测量，而且测量结果精度非常高，高于现有的所有测量精密弹簧时漂和温漂的仪器。

【技术实现步骤摘要】
一种电容传感探头和精密弹簧测漂仪
本专利技术涉及材料的检测
，具体涉及一种电容传感探头和精密弹簧测漂仪，主要应用在需要使用精密弹簧，或材料试验等需要精确测定材料的尺寸变化特性的领域，例如为弹簧重力仪快速遴选精密弹簧，快速测量新材料样品的线膨胀系数、内部残余应力的释放、蠕变速率及变化等。
技术介绍
精密弹簧(或其他精密器件)的长度或弹性随时间的漂移系数常简称为时漂，随温度的漂移系数常简称为温漂。材料的时漂或温漂直接或间接地反映了其弹性模量、剪切模量、蠕变速率等物理量随温度和时间的变化规律，因此快速准确测量材料的这些参数在材料学研究领域有重要意义。精密仪器的探头部分往往由精密的机械部件构成，这些部件的长度或弹性的温漂或时漂系数对仪器的工作性能有直接影响。这些时漂或温漂效应通常在非常小的量级上，因此需要高精度的仪器方能测量。当前，电子万能材料试验机(尤力.等.金属丝弹性模量的测量方法研究.稀有金属材料与工程.2007(36):1776-1779)可对通用材料在大动态范围下的多种物理量进行测量，但难以准确给出材料弹性模量的温度系数或蠕变效应。检测线材、棒材的线胀系数的仪器有干涉仪、光杠杆、读数显微镜等多种方法和手段(史宏凯,等.多光束干涉法精确测量金属线胀系数,2009(34):193-196)，但也难以精确测定成品精密弹簧、成品精密金属丝等特定器件在近似工作状态下的温漂和时漂。在只考虑主要的一阶线性项时，时漂αT和温漂αt可由下式表示：t0(t-t0)]]>其中LT0和LT分别为待测精密弹簧在初始温度T0和温度T下的长度，Lt0和Lt分别为待测材料在起始时刻t0和时刻t下的长度。在CHZ海洋重力仪、DZW台站式重力仪、Z400石英重力仪、LaCosteG等弹簧重力仪中，精密弹簧是其中的核心部件，其温漂和时漂对仪器的测量值有直接的贡献(IchiroN.Japan-ChinaInternationalGravimetricConnection(II)-DriftcharacteristicsofLaCoste&Romberggravimeters[J].JournaloftheGeodeticSocietyofJapan,1989,35(1):37-47)。这些仪器中的弹簧要经过特殊和精细的制造工艺(陈志远,等.重力仪中零长弹簧的研制.地壳形变与地震,1990(10):28-36)，例如拉丝、绕簧、热处理定型、翻簧等工艺，工艺的细致区别便对弹簧最后的性能有影响。为了评价和提高工艺水平，提高研制效率，需要快速而准确地测量经过不同工艺制作的精密弹簧的温漂和时漂特性，这些测量也间接地反应了弹簧的切变模量温度系数和线胀系数及蠕变量，但是目前尚无专门仪器对精密弹簧(或类似材料)的温漂和时漂效应进行上述测量，特别是时漂效应的研究涉及弹簧内部结构的缓慢的物理变化过程，其定量研究仍然是一大难题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了电容传感探头，结构简单，稳定性好，位移分辨率高，结合电容传感电路可实现对电容动片微小位移变化的长期连续监测。本专利技术还提供了一种精密弹簧测漂仪，该测漂仪应用了上述电容传感探头，结构简单，操作方便，测量精度高，测量时间短，可对待测精密弹簧(或类似器件样品)进行快速准确的温漂和时漂测量。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：一种电容传感探头，至少包括为对称结构的电磁屏蔽罩、可变平行板电容器、动片连接件和用于控制电容动片的动片锁止机构，可变平行板电容器为对称结构，可变平行板电容器包括上电容定片、下电容定片、电容动片，电容动片上表面到上电容定片内表面的距离与电容动片下表面到下电容定片内表面的距离相等，可变平行板电容器位于电磁屏蔽罩内，电磁屏蔽罩顶部、上电容定片、下电容定片和电容动片的正中央均设有销孔，动片连接件为两端带有通孔的圆柱销，动片连接件穿过电磁屏蔽罩、上电容定片、下电容定片和电容动片的销孔，动片连接件与电磁屏蔽罩、上电容定片、下电容定片(11)之间均为间隙配合，动片连接件与电容动片之间为过盈配合，动片锁止机构固定在电磁屏蔽罩顶部或底部的外表上。所述的上电容定片和下电容定片均呈中空的圆柱状，上电容定片底部开口，下电容定片顶部开口，电容动片呈圆盘状，上电容定片和下电容定片通过可拆卸的方式连接，上电容定片和下电容定片共同构成密闭、中空的圆柱体，电容动片位于圆柱体内。上电容定片顶部内表面与电容动片上表面、下电容定片底部内表面与电容动片下表面的距离均不大于3mm。所述的动片锁止机构为动片锁止爪，动片锁止爪包括两个弹性夹嘴和精密螺栓，两个夹嘴铰接，两个夹嘴的中部设有通孔，精密螺栓安装在两个通孔中。一种精密弹簧测漂仪，至少包括低胀壳体、一维微位移调节台、待测精密弹簧、热屏蔽层、温度控制电路、质量块、电容传感探头和电容传感电路，低胀壳体安装于热屏蔽层内，一维微位移调节台固定于低胀壳体顶部的正中央且位于热屏蔽层外，待测精密弹簧的上端穿过低胀壳体、热屏蔽层的顶部，并安装在一维微位移调节台上，待测精密弹簧的下端与动片连接件的上端连接，下电容定片和电磁屏蔽罩的底部固定在低胀壳体底部的内表面上，质量块位于热屏蔽层的正下方，动片连接件的下端分别穿过低胀壳体、热屏蔽层，并与质量块连接，上电容定片、下电容定片和电容动片分别通过屏蔽线与电容传感电路连接，低胀壳体、电容传感探头在竖直方向的对称轴与待测精密弹簧的轴心在同一条直线上。待测精密弹簧的上端连接有弹簧连接件，待测精密弹簧通过弹簧连接件与一维微位移调节台连接。热屏蔽层底部设有框架结构的底座，质量块位于底座内。由上述技术方案可知，在该电容传感探头中，当电容动片相对于上、下电容定片发生位移时，该可变平行板电容器的电容量便发生改变，通过测量电容量的变化值，便能计算得到电容动片的位移。在该测漂仪中，待测精密弹簧与电容传感探头的动片连接件连接，待测精密弹簧因温漂或时漂效应的影响会引起长度的变化，从而带动电容动片移动，因此通过电容位移传感电路对电容动片位移的测量，结合对温度和测量时间的记录，便可计算出待测精密弹簧的温漂或时漂系数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果与优点在于：1)该探头稳定性好，位移分辨率高，在电容间隙为3mm时，可以分辨电容动片相对于电容定片1nm以内的位移变化，适合精密测量中微小位移变化的长期连续监测。2)该测漂仪测量精度相当高，对待测材料的温漂和时漂系数的测量分辨率优于10-8量级，高于现有万能材料试验机等商用仪器对相关系数的测量精度。3)该测漂仪适合对一些成品精密器件进行无损测量和快速筛选，提高了工艺水平和制备效率，例如弹簧重力仪所需的精密弹簧的筛选，而现有设备尚不能满足这个需求。4)该测漂仪能在室温至80℃的温度范围内为待测材料提供设定的稳定温度环境，控温精度优于0.02℃，因此可在较宽的温度范围内精确测量待测材料的温度效应。该测漂仪同时提供了本底漂移系数测量模式，方便扣除测漂仪本底噪声，提高测量精度。附图说明图1为本专利技术提供的电容传感探头的结构示意图。图2为本专利技术提供的精密弹簧测漂仪的结构示意图。其中：1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容传感探头，至少包括为对称结构的电磁屏蔽罩(8)，其特征在于：还包括可变平行板电容器、动片连接件(6)和用于控制电容动片的动片锁止机构，可变平行板电容器为对称结构，可变平行板电容器包括上电容定片(9)、下电容定片(11)、电容动片(10)，电容动片上表面到上电容定片的距离与电容动片下表面到下电容定片的距离相等，可变平行板电容器位于电磁屏蔽罩(8)内，电磁屏蔽罩顶部、上电容定片、下电容定片和电容动片的正中央均设有销孔，动片连接件为两端带有通孔的圆柱销，动片连接件穿过电磁屏蔽罩(8)、上电容定片(9)、下电容定片(11)和电容动片(10)的销孔，动片连接件(6)与电磁屏蔽罩、上电容定片(9)、下电容定片(11)之间均为间隙配合，动片连接件(6)与电容动片(10)之间为过盈配合，动片锁止机构固定在电磁屏蔽罩(8)顶部或底部的外表上。

【技术特征摘要】
1.一种电容传感探头，至少包括为对称结构的电磁屏蔽罩(8)，其特征在于：还包括可变平行板电容器、动片连接件(6)和用于控制电容动片的动片锁止机构，可变平行板电容器为对称结构，可变平行板电容器包括上电容定片(9)、下电容定片(11)、电容动片(10)，电容动片上表面到上电容定片的距离与电容动片下表面到下电容定片的距离相等，可变平行板电容器位于电磁屏蔽罩(8)内，电磁屏蔽罩顶部、上电容定片、下电容定片和电容动片的正中央均设有销孔，动片连接件为两端带有通孔的圆柱销，动片连接件穿过电磁屏蔽罩(8)、上电容定片(9)、下电容定片(11)和电容动片(10)的销孔，动片连接件(6)与电磁屏蔽罩、上电容定片(9)、下电容定片(11)之间均为间隙配合，动片连接件(6)与电容动片(10)之间为过盈配合，动片锁止机构固定在电磁屏蔽罩(8)顶部或底部的外表上。2.根据权利要求1所述的电容传感探头，其特征在于：所述的上电容定片(9)和下电容定片(11)均呈中空的圆柱状，上电容定片(9)底部开口，下电容定片(11)顶部开口，电容动片呈圆盘状，上电容定片(9)和下电容定片(11)通过可拆卸的方式连接，上电容定片和下电容定片共同构成密闭、中空的圆柱体，电容动片(10)位于圆柱体内。3.根据权利要求2所述的电容传感探头，其特征在于：上电容定片(9)顶部内表面与电容动片(10)上表面、下电容定片(11)底部内表面与电容动片(10)下表面的距离均不大于3mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂海波，何建刚，刘孙君，张会，柳林涛，
申请(专利权)人：中国科学院测量与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42