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1、电容传感器的数字化测量方法当代工业的开展，对工况参数的实时监测已显得越来越重要了，参数监测分电量和非电量两大类。对于非电量参数的测量，测量的成功与否决定于传感器的质量和对感应信号的提取。在各类非电量传感器中，电容传感器可以讲是用得最普遍的一种了，在工业现场它作为流量、压力、位移、液位、速度、加速度等物理量的传感元件，应用已相当广泛。在煤炭行业，电容传感器在消费开采、平安监测及选煤自动化方面已大量应用，正确及时获得电容传感器的信号对监测监控有着重要的意义。一、电容传感器的特点电容传感器主体由两个极板组成，构造简单，可组成平板、曲面、圆筒等多种形式，极板一般由金属做成，能经受很大的温度变化及辐射等
2、恶劣环境条件。电容传感器由于受几何尺寸的限制，其容量都是很小的，一般仅几个pF到几十pF。因C太小，故容抗很大，为高阻抗元件；由于电容小，需要作用的能量也小，可动的质量也小，因此它的固有频率很高，可以保证有良好的动态特性。传感器的视在功率P=U20C，C很小，P也很小，这使它易受到外界的干扰，所以信号的提取比拟困难。同时由于电容小，分布电容和寄生电容对灵敏度和测量精度都产生影响。传统的测量方法采用模拟电路测量手段，主要有电桥电路普通沟通电桥、变压器电桥、双T二极管电桥；脉冲宽度调制电路；调频电路等等。模拟测量方法电路环节多，轻易受零漂温漂的影响，尤其对小电容的测量，更难保证测量精度。二、数字化
3、测量原理数字化测量首先是将传感器的电容量变为频率信号，常用的有LC振荡和RC振荡。以555多谐振荡器为例，假设被测电容为Cx其振荡频率为f=1.443/R1+2R2Cx，振荡器原理电路如图1所示，线路构造简单，受电源等外界因素影响小，振荡频率稳定。图1C/f转换电原理图由电容传感器的作用原理可知，不管是其极板间间隔d的改变、极板相对面积S的改变或者是电容介质常数的改变，都表现为是电容容量的改变。因f与C成反比，要测量Cx或者Cx，不能直接对f进展计数，用f计算Cx更是繁琐，然而振荡周期T=1/f=KCx与Cx成正比，所以，假设定义一个可准确测量的参量A，采取一定措施，使得A=1/KT=Cx，那
4、么测出A即得到Cx，算出A也就即是算出Cx。目前流行的单片机都有外脉冲触发INT0，INT1功能和定时器T0，T1功能，利用有Cx介入振荡的脉冲触发定时器启动和停顿，在软件的控制下便可得到与Cx相对应的A。举例讲明如下：假设要测量一个Cx约为1000pF的电容，用555做成振荡电路，硬件调整时先用一个标准的1000pF电容替换Cx，调整R1使输出脉冲频率为2kHz。单片机初始化定义INT0为外部脉冲输入，上升沿触发并允许INT0中断；T0为16位定时器，由T0r触发。系统时钟用12MHz晶振，那么T0每隔1s计数器加1，16位定时器计满为65536s，设计要求电容为1000pF时，参量A也为1
5、000，即A随Cx而变，分辨率为1pF。把振荡脉冲输入到INT0端，在INT0的第1个中断里，启动T0，共计16个脉冲周期，在第17个INT0中断时，停顿T0计时，读取TH0和TL0的值。当脉冲振荡频率为2kHz时，周期为500s，16个周期为8000s，这也是T0的定时值，将T0结果除以8，即TH0、TL0右移3位，就可求得A值，即对应Cx的值。电路标准频率的调整，可用频率计测量，也可运行测量程序进展读数，当得到A=1000时即可。1000pF标准电容用稳定性好的独石电容，R1用多圈精细电位器，调整完毕用Cx取代C即可进展测量。线路调整方便，性能稳定，检测精度1000pF时为1pF。三、电容
6、量微小变化的测量在实际应用中，往往是要检测电容传感器容量的变化量C=Ct1Ct0，由于传感器设计和安装的不同，根本电容传感器的空载电容、连接导线电容和其他分布电容较大，而C那么很小，倘假设根本电容稳定，运用上述方法也能很好地测出C。但是，由于环境介质温湿度、静电等的变化，使根本电容主要是连接导线电容和其他分布电容发生较大变化，C被噪声吞没，一般方法较难测量C。下面介绍一种借助比拟电容来测量C的方法。原理电路如图2所示。在传感器连接至变送器555振荡器时，采用双芯屏蔽线，芯线a连至传感器电容的正极板，作为信号引线；芯线b连至尽量靠近传感器，其本身的导线电容等构成比拟电容；屏蔽线连至传感器电容的负
7、极板一般为接地极。芯线a、b通过模拟多路开关连至振荡器。工作时控制多路开关分别接通芯线a或者芯线b，测量得到某一时刻的Ca、Cb，且Ca=Cx+Ca、Cb=CbCx为传感器感应电容，Ca、Cb为芯线a、b对应的导线电容、分布电容等，由于芯线a、b完全在同一个环境里，故Ca=Cb，计算CaCb=Cx，即得到不同时刻的Cx，也就能算得C了。图2比拟电容法测量原理在一个用电容传感器进展物位检测的应用中，物料的有无电容变化约为30pF，传感器根本电容为1000pF，环境影响引起的电容变化为0200pF，利用比拟电容法检测Cx，准确地拾取到了有用信号。四、检测软件框图电容量Cx的采数软件框图如图3所示，用MCS51汇编语言编写。采用单片机系统，不仅可以准确测量Cx和Cx，而且可使应用该传感器的系统实现智能化，收集软件可以作为整个系统的一个子程序来调用。图3C值系数软件框图数字化测量电容传感器容量，可使信号在传感器就地转换为数字信号后，进展远间隔传输，转换电路简单性能稳定。比拟电容法检测Cx，克制了导线电容分布电容等受环境变化而造成的影响，使检测信号真实可靠，系统抗干扰才能大为增强。两种方法在电容式煤粉仓粉位传感器的详细检测应用中，获得了满足的效果。0