可计算电容结构制造技术

本公开实施例提供的可计算电容结构，包括：屏蔽外壳；以及并联连接且对称排布的多个可计算电容器，各可计算电容器均分别包括：相互平行且对称排布的若干主电极，各主电极均容纳于屏蔽外壳内，各主电极的两端分别通过引线引出电容，相邻两个可计算电容器之间共用部分主电极；和可在若干主电极围合形成的空间内移动的屏蔽电极，以此调节可计算电容器输出的电容，实现电容关于位移的线性输出。本公开实施例通过复用主电极来作为电容极板的方式，在保持纵向长度不变的条件下，将可计算电容结构的量程拓展为原来的多倍，能够在小体积内实现大量程。且多个可计算电容器互不干扰，电容与位移的变化关系彼此独立，能够在全量程范围内都保持较高的灵敏度。保持较高的灵敏度。保持较高的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
可计算电容结构


[0001]本公开实施例涉及电容器
，特别是涉及一种可计算电容结构。

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。电容器的量程由电容器的纵向长度所决定，例如，要达到0.1pF的电容，需要的电容器纵向长度至少为52mm。要获得更大的量程，就需要扩大电容器的纵向长度，就会导致电容器的整体尺寸过大，不利于生产控制和系统集成。

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，本公开实施了提供的结构简洁紧凑，能够在全量程范围内保持高灵敏度的大量程、小体积的可计算电容结构，包括：
[0012]屏蔽外壳，用于屏蔽外界干扰对电容精度的影响；以及
[0013]并联连接且对称排布的多个可计算电容器，各所述可计算电容器均分别包括：
[0014]相互平行且对称排布的若干主电极，所有所述主电极均容纳于所述屏蔽外壳内，各所述主电极的两端分别通过引线引出电容，相邻两个所述可计算电容器之间共用部分所述主电极；和
[0015]屏蔽电极，所述屏蔽电极可在若干所述主电极围合形成的空间内移动，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。
[0016]与现有技术相比，本公开实施例提供的可计算电容结构具有以下特点及有益效果：
[0017]本公开实施例提供的可计算电容结构，通过复用主电极来作为电容极板的方式，用若干主电极构成了多个可计算电容器，并将所有可计算电容器以并联的方式相连接。在保持纵向长度不变的条件下，能够将可计算电容结构的量程拓展为原来的多倍，结构紧凑，能够在小体积内实现大量程。同时，多个可计算电容器互不干扰，电容与位移的变化关系彼此独立，因此能够在全量程范围内都保持较高的灵敏度。
[0018]在一些实施例中，所述可计算电容结构还包括容纳于所述屏蔽外壳内的电极套，所述电极套内分别形成多个第一通孔和第二通孔，各所述屏蔽电极可在相应的一个所述第一通孔内沿该所述第一通孔的轴线移动，各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。
[0019]在一些实施例中，各所述屏蔽电极均分别包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极可独立地在相应的一个所述第一通孔内沿该所述第一通孔的轴线移动。
[0020]在一些实施例中，所述第一电极的介电常数大于所述第二电极的介电常数。
[0021]在一些实施例中，使所述第二电极与所述电极套保持相对静止，通过所述第一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；当所述第二电极全部位于所述电极套外，且所述第一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。
[0022]在一些实施例中，使所述第一电极与所述电极套保持相对静止，通过所述第二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；当所述第一电极全部位于所述电极套外，且所述第二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。
[0023]在一些实施例中，所述第一电极从所述电极套的一端进出所述第一通孔，所述第二电极从所述电极套的另一端进出所述第一通孔。
[0024]在一些实施例中，所述主电极与所述第二电极采用相同或不同的导体材料制成，所述电极套和所述第二电极采用相同的绝缘材料或半导体材料制成。
[0025]在一些实施例中，所述可计算电容结构共设有9个所述主电极和4个所述屏蔽电极，以形成4个所述可计算电容器，9个所述主电极以3
×
3的阵列形式排布，相邻的两个所述
可计算电容器共用2个所述主电极，位于中心的所述主电极被4个所述可计算电容器共用以输出电容，与位于中心的所述主电极呈对角布置的所述主电极之间并联连接，其余所述主电极均接地。
[0026]在一些实施例中，9个所述主电极完全相同。
附图说明
[0027]图1为可计算电容的原理示意图。
[0028]图2为现有可计算电容器的结构示意图。
[0029]图3为本公开实施例提供的可计算电容结构的结构示意图。
[0030]图4为本公开实施例提供的可计算电容结构的俯视图。
[0031]图5为本公开实施例提供的可计算电容结构的电连接示意图。
[0032]图6为本公开实施例提供的设有电极套的可计算电容结构的结构示意图。
[0033]图中：
[0034]1—屏蔽电极，11—粗调电极，12—精调电极，2—主电极，21～24—主电极，3—电极套。
具体实施方式
[0035]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可计算电容结构，其特征在于，包括：屏蔽外壳，用于屏蔽外界干扰对电容精度的影响；以及并联连接且对称排布的多个可计算电容器，各所述可计算电容器均分别包括：相互平行且对称排布的若干主电极，所有所述主电极均容纳于所述屏蔽外壳内，各所述主电极的两端分别通过引线引出电容，相邻两个所述可计算电容器之间共用部分所述主电极；和屏蔽电极，所述屏蔽电极可在若干所述主电极围合形成的空间内移动，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。2.根据权利要求1所述的可计算电容结构，其特征在于，所述可计算电容结构还包括容纳于所述屏蔽外壳内的电极套，所述电极套内分别形成多个第一通孔和第二通孔，各所述屏蔽电极可在相应的一个所述第一通孔内沿该所述第一通孔的轴线移动，各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2所述的可计算电容结构，其特征在于，各所述屏蔽电极均分别包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极可独立地在相应的一个所述第一通孔内沿该所述第一通孔的轴线移动。4.根据权利要求3所述的可计算电容结构，其特征在于，所述第一电极的介电常数大于所述第二电极的介电常数。5.根据权利要求4所述的可计算电容结构，其特征在于，使所述第二电极与所述电极套保持相对静止，通过所述第一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；当所述第二...

【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：