電容式高溫稱重傳感器的應(yīng)用
摘要：介紹電容式高溫稱重傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、特
點(diǎn)，以及在高溫環(huán)境中補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br _extended="true" />關(guān)鍵詞：稱重傳感器高溫電容式

1前言
在倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的今天，高溫環(huán)境中的稱重技
術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。高溫稱重傳感器是高溫稱
重技術(shù)的核心。常用的電阻應(yīng)變式高溫稱重傳感器需
要采用高溫補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)、耐高溫貼片膠和耐高溫的焊
錫、灌封膠等有機(jī)材料，且高溫的溫度范圍小。而電容
式高溫稱重傳感器不需要使用有機(jī)材料，同時(shí)對基礎(chǔ)
材料的依賴性較小，制作所需的材料容易解決。電容
式高溫稱重傳感器從原理和結(jié)構(gòu)上解決了電阻應(yīng)變式
高溫稱重傳感器在高溫環(huán)境中遇到的難題。電容式高
溫稱重傳感器在高溫環(huán)境下能正常工作的特性，開辟
了高溫稱重技術(shù)的新領(lǐng)域。

2電容式高溫稱重傳感器的原理與結(jié)構(gòu)
電容式高溫稱重傳感器是把被稱物體重量轉(zhuǎn)換為
電容容量變化的一種傳感器。通常為差動(dòng)變間距電容
式稱重傳感器，一般采用調(diào)頻電路。當(dāng)被稱重物差動(dòng)
改變電容的間距而使電容發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩
頻率發(fā)生相應(yīng)變化，在鑒頻器上變換為振幅的變化，
經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成一個(gè)直流的高電平信號輸出，顯示在稱
重儀表上。這種電容式高溫稱重傳感器可以測量微米
數(shù)量級的位移，同時(shí)具有非線性小，靈敏度高，抗干擾
能力強(qiáng)，特性穩(wěn)定的特點(diǎn)。
電容式高溫稱重傳感器由傳感器電容和陶瓷骨架
的穩(wěn)定電感器組成的LC振蕩器、熱敏電阻溫度傳感
器、編碼器電路、電源、高溫雙層屏蔽電纜及補(bǔ)償接
線盒等組成。編碼器電路如圖1所示。

3電容式高溫稱重傳感器的補(bǔ)償方法
采用分段拋物線插值的算法進(jìn)行線性化處理。具
體方法為在經(jīng)常使用的高溫范圍內(nèi)分12個(gè)秤量點(diǎn)，逐
點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定。為了提高電容式高溫稱重傳感器的穩(wěn)定
性，應(yīng)進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)的試驗(yàn)，測出電容式高溫稱重傳

器的輸出特性曲線和溫度影響曲線，用曲線擬合的
法外推出-1力級的數(shù)據(jù)并求出各秤量段的拋物線參
。將這些參數(shù)與溫度影響曲線參數(shù)一起寫入補(bǔ)償接
盒的EPROM中。補(bǔ)償接線盒具有平衡多個(gè)電容式
溫稱重傳感器輸出和選擇不同長度雙層屏蔽電纜的
能。
高溫對稱重傳感器性能影響的途徑有：彈性體材
彈性模量的溫度系數(shù)、分布電容、電感器的電感量、
間基準(zhǔn)隨溫度的變化，傳感器結(jié)構(gòu)材料的熱脹冷縮
極板間隙的影響等。這些因素對電容式高溫稱重傳
器靈敏度影響的特點(diǎn)是滿秤量相對誤差與秤量的關(guān)
呈非線性，當(dāng)量相對誤差與秤量的關(guān)系呈線性。通
在高溫下對電容式高溫稱重傳感器的標(biāo)定，確定量
兩端（-1力級和120%zui大秤量）的溫度影響曲線，
線性插值的方法計(jì)算當(dāng)前溫度下對實(shí)際秤量點(diǎn)的
償量。起始點(diǎn)的溫度補(bǔ)償也是通過溫度試驗(yàn)取得起
點(diǎn)的溫度影響曲線，再根據(jù)電容式高溫稱重傳感器
實(shí)際溫度對起始點(diǎn)進(jìn)行修正。溫度誤差校正示意圖
圖2所示。

補(bǔ)償算法的參數(shù)可以通過理論分析計(jì)算，也可采
用試驗(yàn)結(jié)果得出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
造成電容式高溫稱重傳感器滯后的因素有傳感
器結(jié)構(gòu)（如極板的固定方式、密封罩的結(jié)構(gòu)形式）、彈
性體的應(yīng)力集中、彈性材料的內(nèi)摩擦、彈性材料的微
觀組織結(jié)構(gòu)（熱處理工藝和參數(shù)）和傳感器的制作工
藝過程等。這些因素不但影響電容式高溫稱重傳感器
的輸出特性的一致性，也影響電容式高溫稱重傳感器
的溫度特性，因此每只電容式高溫稱重傳感器按實(shí)際
需要在高溫下進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算出不同的補(bǔ)償曲線和補(bǔ)
償系數(shù)，采用曲線擬合的方法在補(bǔ)償接線盒內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)
償。
4電容式高溫稱重傳感器的特點(diǎn)
電容式高溫稱重傳感器的絕緣材料必須有高的絕
緣性能，足夠的機(jī)械強(qiáng)度，高的形狀穩(wěn)定性及良好的
抗?jié)裥阅堋?yīng)考慮電容式高溫稱重傳感器材料的膨脹
系數(shù)與金屬部件的膨脹系數(shù)相匹配。陶瓷是較理想的
絕緣材料。
金屬部件電極及其支承件也要有較高的形狀穩(wěn)
定性，電容極板內(nèi)表面必須保持清潔，應(yīng)防塵。對電容
式高溫稱重傳感器的殼體要求剛性好，且密封。極板
盡量薄，在陶瓷材料上蒸鍍金屬膜作極板。
電容式高溫稱重傳感器采用雙層屏蔽等電位傳輸
技術(shù)，使雙層屏蔽與信號傳輸導(dǎo)線為等電位，消除引
線與屏蔽層之間的電容。高溫雙層屏蔽電纜應(yīng)通過金
屬軟管、金屬線管進(jìn)入補(bǔ)償接線盒。補(bǔ)償接線盒的安
裝位置應(yīng)盡可能地避開高溫區(qū)域。金屬軟管、金屬線
管應(yīng)采取隔熱保護(hù)措施。
每只電容式高溫稱重傳感器都有一個(gè)EPROM和
它相對應(yīng)，更換電容式高溫稱重傳感器時(shí)也需更換補(bǔ)
償接線盒中相應(yīng)的EPROM，而無需更換稱重儀表?？?br _extended="true" />服了電容式高溫稱重傳感器一致性差的不足。
為了防止?jié)穸鹊挠绊?，電容式高溫稱重傳感器應(yīng)密封起來，采用金屬密封結(jié)構(gòu)并充干燥氮?dú)狻?br _extended="true" />5結(jié)束語
電容式高溫稱重傳感器是頻率量輸出，而頻率量
信號放大過程不引入誤差，測量容易，信號處理過程
引入誤差的環(huán)節(jié)少，有利提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。電容式
高溫稱重傳感器自身不發(fā)熱，不會(huì)產(chǎn)生因自身發(fā)熱而
引起的零漂。
每只電容式高溫稱重傳感器都是在不同工作溫度
下標(biāo)定的，且有溫度傳感器做溫度補(bǔ)償，所以電容式
高溫稱重傳感器在高溫環(huán)境中表現(xiàn)出來的互換性、計(jì)
量性能和長期穩(wěn)定性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)變式高溫稱重傳感
器。電容式高溫稱重傳感器在高溫環(huán)境中的應(yīng)用具有
廣闊的前景。
參考文獻(xiàn)
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