電容式高溫稱(chēng)重傳感器的應(yīng)用
摘要：介紹電容式高溫稱(chēng)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(chēng)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(chēng)重技
術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。高溫稱(chēng)重傳感器是高溫稱(chēng)
重技術(shù)的核心。常用的電阻應(yīng)變式高溫稱(chēng)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(chēng)重傳感器不需要使用有機(jī)材料，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)
材料的依賴(lài)性較小，制作所需的材料容易解決。電容
式高溫稱(chēng)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(chēng)重傳感器在高溫環(huán)境中遇到的難題。電容式高
溫稱(chēng)重傳感器在高溫環(huán)境下能正常工作的特性，開(kāi)辟
了高溫稱(chēng)重技術(shù)的新領(lǐng)域。

2電容式高溫稱(chēng)重傳感器的原理與結(jié)構(gòu)
電容式高溫稱(chēng)重傳感器是把被稱(chēng)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(chēng)重傳感器，一般采用調(diào)頻電路。當(dāng)被稱(chēng)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(hào)輸出，顯示在稱(chēng)
重儀表上。這種電容式高溫稱(chēng)重傳感器可以測(cè)量微米
數(shù)量級(jí)的位移，同時(shí)具有非線(xiàn)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(chēng)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(xiàn)盒等組成。編碼器電路如圖1所示。

3電容式高溫稱(chēng)重傳感器的補(bǔ)償方法
采用分段拋物線(xiàn)插值的算法進(jìn)行線(xiàn)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(chēng)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(cè)出電容式高溫稱(chēng)重傳

器的輸出特性曲線(xiàn)和溫度影響曲線(xiàn)，用曲線(xiàn)擬合的
法外推出-1力級(jí)的數(shù)據(jù)并求出各秤量段的拋物線(xiàn)參
。將這些參數(shù)與溫度影響曲線(xiàn)參數(shù)一起寫(xiě)入補(bǔ)償接
盒的EPROM中。補(bǔ)償接線(xiàn)盒具有平衡多個(gè)電容式
溫稱(chēng)重傳感器輸出和選擇不同長(zhǎng)度雙層屏蔽電纜的
能。
高溫對(duì)稱(chēng)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(duì)電容式高溫稱(chēng)重傳
器靈敏度影響的特點(diǎn)是滿(mǎn)秤量相對(duì)誤差與秤量的關(guān)
呈非線(xiàn)性，當(dāng)量相對(duì)誤差與秤量的關(guān)系呈線(xiàn)性。通
在高溫下對(duì)電容式高溫稱(chēng)重傳感器的標(biāo)定，確定量
兩端（-1力級(jí)和120%zui大秤量）的溫度影響曲線(xiàn)，
線(xiàn)性插值的方法計(jì)算當(dāng)前溫度下對(duì)實(shí)際秤量點(diǎn)的
償量。起始點(diǎn)的溫度補(bǔ)償也是通過(guò)溫度試驗(yàn)取得起
點(diǎn)的溫度影響曲線(xiàn)，再根據(jù)電容式高溫稱(chēng)重傳感器
實(shí)際溫度對(duì)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(guò)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(chēng)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(guān)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(guò)程等。這些因素不但影響電容式高溫稱(chēng)重傳感器
的輸出特性的一致性，也影響電容式高溫稱(chēng)重傳感器
的溫度特性，因此每只電容式高溫稱(chēng)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(xiàn)和補(bǔ)
償系數(shù)，采用曲線(xiàn)擬合的方法在補(bǔ)償接線(xiàn)盒內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)
償。
4電容式高溫稱(chēng)重傳感器的特點(diǎn)
電容式高溫稱(chēng)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?。?yīng)考慮電容式高溫稱(chēng)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(duì)電容
式高溫稱(chēng)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(chēng)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(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)為等電位，消除引
線(xiàn)與屏蔽層之間的電容。高溫雙層屏蔽電纜應(yīng)通過(guò)金
屬軟管、金屬線(xiàn)管進(jìn)入補(bǔ)償接線(xiàn)盒。補(bǔ)償接線(xiàn)盒的安
裝位置應(yīng)盡可能地避開(kāi)高溫區(qū)域。金屬軟管、金屬線(xiàn)
管應(yīng)采取隔熱保護(hù)措施。
每只電容式高溫稱(chēng)重傳感器都有一個(gè)EPROM和
它相對(duì)應(yīng)，更換電容式高溫稱(chēng)重傳感器時(shí)也需更換補(bǔ)
償接線(xiàn)盒中相應(yīng)的EPROM，而無(wú)需更換稱(chēng)重儀表?？?br _extended="true" />服了電容式高溫稱(chēng)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(chēng)重傳感器應(yīng)密封起來(lái)，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(yǔ)
電容式高溫稱(chēng)重傳感器是頻率量輸出，而頻率量
信號(hào)放大過(guò)程不引入誤差，測(cè)量容易，信號(hào)處理過(guò)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(chēng)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(chēng)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(chēng)重傳感器在高溫環(huán)境中表現(xiàn)出來(lái)的互換性、計(jì)
量性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)變式高溫稱(chēng)重傳感
器。電容式高溫稱(chēng)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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