电容式称重传感器的设计.doc

《自动检测技术及仪表》课程设计 题目：电容式称重传感器的设计 学院： 专业： 年级： 姓名： 学号： 目 录 摘 要…………………………………………………………2 电容式称重传感器………………………………………2 1、工作原理………………………………………………2 2、组成结构………………………………………………3 3、测量电路原理图………………………………………4 4、性能分析………………………………………………6 二、电容式称重传感器应用于车辆称重的分析…………………7 车辆与载荷关系………………………………………7 2、电路框图…………………………………………………8 3、工作原理…………………………………………………8 4、电容式称重传感器的安装………………………………9 5、车辆受力分析……………………………………………9 6、测试方法………………………………………………10 三、总结………………………………………………………13 四、参考资料…………………………………………………14 摘要 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器，由于这种传感器具有结构简单，适应性强，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、濒位、成分含量等检测领域。此文就以电容式称重传感器来研究 1、介绍了电容式称重传感器的结构，以及其测量电路，分析电容称重传感器的特性和相关参数选取，通过一系列的资料查询所得结果表明该电容式传感器具有很好的稳定性、重复性和无滞后性。具有一定的实用价值。通过举车辆称重传感器的例子来分析阐明。 2、我国道路运输车辆超载现象极为普遍，但现有的称重器具价格较高，安装较为复杂，动态称重误差较大。居于目前车辆称重方法的不足，通过查询学习到了新开发了一种基于电容传感器的车载式车辆称重装置。称重装置的测量器件是车辆电容称重传感器。从传感器结构、测量系统、在车辆上的安装、测量原理等对车辆电容称重传感器作了阐述。讨论了其静态特性测试过程，从非线性、重复性、迟滞性等方面进行了误差分析等操作，显示了该电容称重传感器的突出优点。 关键词：电容式传感器；动态响应；灵敏度；分辨率；电容式称重传感器；稳定性；重复性；车辆称重 电容式称重传感器 目前市场上使用的称重传感器大都采用应变式称重传感器?。应变式传感器具有四角误差小、精度较高、应用技术比较成熟等优点。但同时也存在着突出的缺点，该传感器工作温度低(一般为O～40℃)．输出信号小且为模拟信号，需经放大电路和A/D转换电路后引人微机，成本相应增加，价格比较昂贵。以下介绍一种采用变极距电容式称重传感器，它具有灵敏度高、结构简单、测量电路简单、体积小、质量轻等优点，且为数字信号输出，可直接与微机相连，其成本远低于应变式称重传感器，有着非常好的应用前景。 1、工作原理 电容式称重传感器，它是以电容作为转换元件，把被测物的重量转换成因极板间距变化而引起的电容变化。该变化量同样不易直接测量。因为组成电桥要用交流电，而且牵制到幅值、相角等问题，所以经过比较，我们选定把这个变化的电容与特制的电感组成振荡电路，使其输出为频率信号。 电容式称重传感器是基于平板电容的计算为基本原理的，即 式中 C —极板电容； d —极板间距； ε—极板间的介电常数； S —极板有效面积； 经变换得 选择合适的初始间隙 ，使 《1。略去高阶误差，则 振荡频率与被测物重量P之间的关系为 式中 —— 分布电容； —— 初始间隙； K —— 弹性体的应变系数。 经变化，重量P与输出频率之间的关系为 可以看出，被测物重量与输出频率之间有着复杂的非线性关系。由于式(9)所述函数P—F(f)的单调性，使P与f之间为一一对应。通过频率变换的测量，即可换算成被测物的重量。这里，需进行较多的数据处理，井找出能满足精度要求的拟合直线方程。 2、组成结构 电容传感器上极板部件和下极板部件组成(图1)，上极板部件的绝缘体内密封有上屏蔽板和电容上极板，下极板部件的绝缘体内密封有电容下极板和下屏蔽板。电容极板引线采用屏蔽线，屏蔽层两端分别接屏蔽板和电容测量线路的地。为了避免下极板部件的上表面过多积聚污物而影响传感器的电容值，其上表面做成球面。 图1.电容传感器结构 电容式称重传感器是由弹性的一个面作为动极板面，而在固定一个极