文档介绍：电容式高温称重传感器的研究与应用

江西新余钢铁公司自动化部肖兴华姚敬青

【摘要】本文介绍了电容式称重传感器的原理、结构、特点及补偿方法。
【关键词】电容式;高温;称重传感器;应用;研究

一、前言
在建设节约型社会,倡导循环经济的今天,高温环境中的称重技术,越来越受到重视。随着微
处理技术的日臻完善,电子线路能紧靠电容式称重传感器的极板,解决了电容式称重传感器由于寄
生电容、分布电容对灵敏度、准确度的影响;同时微处理技术对电容式称重传感器的温度特性和非
线性进行有效补偿,出现了与电阻应变式称重传感器电子秤相媲美的电容式平台秤、吊秤等。另外,
电容式称重传感器具有不需要使用有机材料或磁性材料,从原理和结构上解决了电阻应变式称重传
感器在高温等恶劣环境中遇到的技术难题。电容式称重传感器在高温、低温及强辐射等恶劣环境下,
能正常工作的特性,开辟了高温称重技术的又一新领域。电容式称重传感器在高温等恶劣环境中的
应用正逐渐得到重视。
二、电容式称重传感器的结构与原理
电容式称重传感器的原理:电容式称重传感器是把被称物体重量转换为电容容量变化的一种传
感器。通常为差动变间距电容式称重传感器,采用调频电路,实际上就是一个具有可变参数的电容
器。当被称重物差动改变电容的间距而使电容发生变化时,振荡器的振荡频率发生相应变化,在鉴
频器上变换为振幅的变化,经放大转换成一个直流的高电平信号输出,在称重仪表显示。这种电容
式称重传感器能获得高于改变其它参数的电容式称重传感器的灵敏度,可以测量微米数量级的位
移。同时具有非线性小,灵敏度高,抗干扰能力强,特性稳定的特点。
电容式称重传感器的结构:电容式称重传感器是由弹性组件、极板、极板支架、LC 振荡电路、
密封壳等组件组成的变间距式电容传感器。为了简化结构,提高稳定性,高温电容式称重传感器的
一个极板用弹性体的表面代替,另一片极板通过绝缘瓷片固定在极板支架上。
高温电容式称重传感器的组成:高温电容式称重传感器由传感器电容和陶瓷骨架的稳定电感器
组成的 LC 振荡器、热敏电阻温度传感器、编码器电路、电源、高温双屏蔽电缆及补偿接线盒等组
成。编码器电路见图 1。
高温电容式称重传感器采用双层屏蔽等电位传输技术,使双层屏蔽与信号传输导线为等电位,
图 1 编码电路原理框图
消除引线与屏蔽层之间的电容。采用分段抛物线插值的算法进行线性化处理。具体方法是,在经常
使用的高温范围内分 12 个秤量点,逐点进行标定,为了提高高温电容式称重传感器的稳定性,应
进行两个循环的温度试验,测量出高温电容式称重传感器的输出特性曲线和温度影响曲线,用曲线
拟合的方法外推出-1 力级的数据并求出各秤量段的抛物线参数,将这些参数与温度影响曲线参数一
起写入补偿接线盒的 EPROM 中,称重仪表的微处理器在称量时计算重量。同时补偿接线盒还起到平
衡高温电容式称重传感器输出的作用。

三、高温电容式称重传感器的补偿方法
温度影响及补偿方法:温度对传感器性能影响的途径有,弹性体材料弹性模量的温度系数、分
布电容、电感器的电感量、时间基准随温度的变化,传感器结构材料的热胀冷缩对极板间隙的影响
等。由图 2 可知,这些因素对电容式称重传感器灵敏度