可计算电容器制造技术

本公开实施例提供的可计算电容器，包括：电极套，在所述电极套的中心轴处形成第一通孔；若干主电极，若干所述主电极圆周均布于所述电极套内，且各所述主电极和所述电极套的中心轴相互平行，各所述主电极的两端分别通过引线引出电容；以及粗调电极和接地的精调电极，所述粗调电极和所述精调电极可独立地在所述第一通孔内沿所述电极套的中心轴移动，以此调节所述可计算电容器输出的电容，实现电容关于位移的线性输出，所述粗调电极和所述精调电极分别从所述电极套的两端进出所述第一通孔。本公开实施了在扩大了可计算电容器量程的同时保证其仍具有较高的灵敏度，同时具有结构紧凑，体积小的优点。体积小的优点。体积小的优点。

【技术实现步骤摘要】
可计算电容器


[0001]本公开实施例涉及电容器
，特是涉及一种可计算电容器。

技术介绍

[0002]可计算电容是基于A.M.Thompson和D.G.Lampard在1956年提出的一个静电学上的新定理。对该定理简述如下：对于任意形状截面的无限长导电柱面，用四个无限小的绝缘间隙将其在四个位置隔离开来，使其成为四个电极α，β，γ，δ，如图1所示。相对的一组电极构成一个电容器，四个电极构成了两个电容器。设这两个电容器的单位长度电容分别为C1和C2，C1和C2存在有关系式：
[0003][0004]其中，C0＝(ε0ε
r
)/π
·
ln2，是一个可以确定的常数值。ε0为真空介电常数，ε
r
为无限长导电柱面内部空间的介质的相对介电常数。C1、C2被称为交叉电容，C1和C2的平均值按照下式计算：
[0005][0006]当C1与C2较为接近时，平均电容与C0的误差为二阶以上的小量。当电容器的纵向长度为l时，输出的电容量为输出的电容仅与电容器的轴向长度l有关。
[0007]可计算电容的特点是其输出的电容值与其轴向长度成正比，与横截面的形状和几何尺寸无关，将电容精度转移到了长度精度上，因此在电容输出上具有的高稳定性和准确性。从上世纪70年代起，可计算电容就被国内外计量机构用作复现电磁计量学中电容、电阻、电感等参量的标准，其中美、澳、日、英的复现精度均在
±
10
‑7以上。可计算电容除了用于复现国际标准单位，也能够作为电容器，应用在高精度的电容传感器上，包括测微压力计、测量液体介电常数的精密系统。
[0008]典型的可计算电容结构如图2所示。四个相距的非常近的圆柱体构成了可计算电容的四个主电极02。两个直径相对小的圆柱体插入到四个主电极中间的空隙中，分别作为上屏蔽电极01和下屏蔽电极03。实际参与构成电容的长度l是主电极02没有被屏蔽部分的长度，即两个屏蔽电极端部的距离L。距离L可以通过激光干涉的方法(图2中，04为在上精调电极01的底端安装的平面镜，05为在下屏蔽电极03的顶端安装的凹面镜，06为入射激光)来精确测得。因此，根据公式C＝C0l，输出的电容C可以被精确计算。
[0009]目前的可计算电容器，主要工作在真空环境下，输出的电容和电容器的纵向长度l的关系为C＝C0l，C0＝1.95354902pF/m。如果要实现大量程的可计算电容，需要增加纵向长度l，会使得电容器整体的尺寸变大。如果要实现大量程可计算电容，按现有的结构设计，需要电容器的纵向长度增大，例如，对于10pF量程，需要长度达到5m以上，这会导致电容器的体积过大，既不利于控制电容器的尺寸参数，也不利于和其他设备搭配使用。因此，可计算电容无法应用于大量程电容的精确输出。

技术实现思路

[0010]本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0011]为此，本公开实施例提供的可计算电容器，整体结构简洁紧凑，在扩大了可计算电容器的量程的同时保证其仍具有小体积、高灵敏度的优点。
[0012]本公开实施例提供的可计算电容器，包括：
[0013]电极套，在所述电极套的中心轴处形成第一通孔；
[0014]若干主电极，若干所述主电极圆周均布于所述电极套内，且各所述主电极和所述电极套的中心轴相互平行，各所述主电极的两端分别通过引线引出电容；以及
[0015]粗调电极和接地的精调电极，所述粗调电极和所述精调电极可独立地在所述第一通孔内沿所述电极套的中心轴移动，以此调节所述可计算电容器输出的电容，实现电容关于位移的线性输出，所述粗调电极从所述电极套的一端进出所述第一通孔，所述精调电极从所述电极套的另一端进出所述第一通孔。
[0016]与现有技术相比，本公开实施例提供的可计算电容器具有以下特点及有益效果：
[0017](1)本公开实施例采用两段式结构，在电极套区域，电容和位移仍能保持线性关系，同时单位位移下，电容相较于真空环境下增大了，增大的倍数取决于电极套材料的介电常数，相较于其他设计，在相同体积下能够扩大可计算电容器的量程。
[0018](2)本公开实施例使用的两段式结构，可以提供不同电容值调节的灵敏度，具有更广的适用范围。具体地，在固定精调电极的条件下，通过粗调电极在电极套内的移动，来实现对本可计算电容器的输出电容的大幅度调节。在固定粗调电极的条件下，通过精调电极在电极套内的移动，能够实现电容容值调节的高灵敏度，保持和现有设计一样的精度。
[0019]在一些实施例中，所述电极套内还形成有若干关于所述电极套的中心轴对称设置的第二通孔，各所述主电极插入相应的一个所述第二通孔内并与所述电极套保持相对静止。
[0020]在一些实施例中，所述粗调电极的介电常数大于所述精调电极的介电常数。
[0021]在一些实施例中，使所述精调电极与所述电极套保持相对静止，通过所述粗调电极在所述第一通孔内的移动实现对所述可计算电容器输出的电容的粗调。
[0022]进一步地，对所述可计算电容器输出的电容进行粗调时，所述精调电极全部或部分位于所述电极套外；当所述精调电极全部位于所述电极套外，且所述粗调电极进入所述第一通孔至最大位移处时，所述可计算电容器输出的电容最大。
[0023]在一些实施例中，使所述粗调电极与所述电极套保持相对静止，通过所述精调电极在所述第一通孔内的移动实现对所述可计算电容器输出的电容的精调。
[0024]进一步地，对所述可计算电容器输出的电容进行精调时，所述粗调电极全部或部分位于所述电极套外；当所述粗调电极全部位于所述电极套外，且所述精调电极进入所述第一通孔至最大位移处时，所述可计算电容器输出的电容最小。
[0025]在一些实施例中，所述主电极与所述精调电极采用相同或不同的导体材料制成，所述电极套和所述粗调电极采用相同的绝缘材料或半导体材料制成。
[0026]在一些实施例中，所述可计算电容器设有4个完全相同的所述主电极。
[0027]在一些实施例中，所述精调电极与所述粗调电极的外径相同，所述第一通孔的内径在不影响所述精调电极与所述粗调电极自由移动的前提下应尽可能地接近所述精调电
极的外径。
附图说明
[0028]图1为可计算电容的原理示意图。
[0029]图2为现有可计算电容器的结构示意图。
[0030]图3为本公开实施例提供的可计算电容器的结构示意图。
[0031]图4为本公开实施例提供的可计算电容器的剖视图。
[0032]图5为本公开实施例提供的可计算电容器处于电容最大值时的示意图。
[0033]图6为本公开实施例提供的可计算电容器处于电容最小值时的示意图。
[0034]图中：
[0035]1—粗调电极，2—主电极，3—精调电极，4—电极套，41、42—通孔。
具体实施方式
[0036]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可计算电容器，其特征在于，包括：电极套，在所述电极套的中心轴处形成第一通孔；若干主电极，若干所述主电极圆周均布于所述电极套内，且各所述主电极和所述电极套的中心轴相互平行，各所述主电极的两端分别通过引线引出电容；以及粗调电极和接地的精调电极，所述粗调电极和所述精调电极可独立地在所述第一通孔内沿所述电极套的中心轴移动，以此调节所述可计算电容器输出的电容，实现电容关于位移的线性输出，所述粗调电极从所述电极套的一端进出所述第一通孔，所述精调电极从所述电极套的另一端进出所述第一通孔。2.根据权利要求1所述的可计算电容器，其特征在于，所述电极套内还形成有若干关于所述电极套的中心轴对称设置的第二通孔，各所述主电极插入相应的一个所述第二通孔内并与所述电极套保持相对静止。3.根据权利要求1所述的可计算电容器，其特征在于，所述粗调电极的介电常数大于所述精调电极的介电常数。4.根据权利要求3所述的可计算电容器，其特征在于，使所述精调电极与所述电极套保持相对静止，通过所述粗调电极在所述第一通孔内的移动实现对所述可计算电容器输出的电容的粗调。5.根据权利要求4所述的可计算电容器，其特征在于，对所述可计算电容器输出的电容进行粗调时，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺晓霞，洪圣君，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：