比例测量原理的容角位移传感器的研究及其应用.pdfVIP

摘要 摘要 电容角位移传感器是一种将机械角度的变化转换为电容量变化并给出相应电信 号输出的测量装置，它具有非接触、高可靠性、灵敏度高、精度高和低功耗、结构 简单、适应恶劣环境等优点，这使得它成为最具有发展前途的传感器之一。但也存 在一些缺点，如由于电场边缘效应而引入输出特性的非线性以及寄生电容和分布电 容对灵敏度和测量精度的影响，与传感器连接的电路比较复杂等，影响到它的应用 的可靠性；尤其是电容传感器对温度敏感，当环境温度变化时，引起电容介质、面 积、距离等特性变化，从而导致测量不准，这些都影响了电容角位移传感的使用。 为了更好的设计电容角位移传感器，需要对以上问题采取一定的补偿和校正措施。 采用比例测量原理可以在理论上实现差动补偿，提高了温度特性，并且可以克 服机械安装所引起的误差，例如轴偏移、倾斜、电极倾斜等等。本课题采用8瓣形 式的敏感元件结构，实现了180度范围的测量；对测量对序进行了优化，使在不增 加硬件成本的基础上实时性得到提高。 此外，本谋题将MSP430单片机应用于角位移传感器中，由于430单片机具有 集成度高，内置硬件乘法器和AD模块，具有运算速度快，功耗低等优点，因此能 够快速地进行大量运算，简化了系统的硬件电路，提高了系统的可靠性和实时性。 传感器的精度也有所提高，不确定度在0．53％时，可以做到测量值与标准值相差1 国外同类型传感器：tO．3％d10k的水平。 为了使角位移传感器的使用更加方便，课题将串行输出，4．20mA等功能也集 成在传感器内，实现了与PC通讯和电流远传等功能。 最后课题将角位移传感器应用于金属管浮子流量计，实验表明，效果良好，在 不同口径管道上实验，流量上限从2．5m3／h到16矗／h，浮子精度可以达鳓1．5级。 关键词：角位移传感器比例测量原理测量时序浮子 ABSTRACT Capacitiveangular sensoriStheinstrumentthatcallconvertthe displacement into theelectrical tothemechanical is capacitance signalaccording angle．It rotating belieredasoneofthe future most sensorsin becauseofitsnon-contact hopeful measurement measurement，goodreliability,highsensitivity,higlIaccuracy,power structureand abilitiesof harshenvironmental saving，compact good resisting as COIldjtions．The sensorhasthe such capacitiveangular displacement disadvantages the the caused non-linearityby electric—field-bending．parasitic capacitance＆wiring i