摘要：設(shè)計(jì)了一種新型的電容式角度傳感器，并利用電容式信號(hào)轉(zhuǎn)換集成電路CAV424和電壓一電流轉(zhuǎn)換接口電路AM402，將電容傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為4—20 mA標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)電流輸出。該系統(tǒng)能夠有效地降低干擾和測(cè)量誤差，在0—90°的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)角度的精確測(cè)量，得到線性度良好的直流電流量輸出。

　　0 引言

　　傳統(tǒng)的差動(dòng)式電容角度傳感器測(cè)量角度有限，動(dòng)片與外界有直接的電氣連接，其電極要分別從動(dòng)片和靜片引出。從動(dòng)片引出電極通常采用軸承、卡子或者金屬張絲的方法，在動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，不但轉(zhuǎn)軸之間存在摩擦，而且容易造成引出線與動(dòng)片轉(zhuǎn)軸之間接觸不良，出現(xiàn)機(jī)械故障，引入干擾和誤差，影響測(cè)量精度。所以，設(shè)計(jì)了新型的電容式角度傳感器，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)差動(dòng)式電容角度傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在的缺陷。

　　1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　該傳感器系統(tǒng)采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1(a)所示。其中動(dòng)片由2片張角為90°的相對(duì)的扇形金屬板組成，金屬板中間部分相連；而靜片由2塊張角為90°、中間部分分開的扇形金屬板構(gòu)成，電極分別從兩靜片引出，作為傳感器的信號(hào)輸出端。本質(zhì)上，這種新結(jié)構(gòu)的電容式角度傳感器相當(dāng)于2個(gè)可變電容的串聯(lián)，電容的串聯(lián)值隨動(dòng)片金屬極板與定片金屬極板之間相對(duì)角度的變化而變化。從靜片引出電極的設(shè)計(jì)方式引線方便，有利于動(dòng)片相對(duì)于靜片的角度變化，而且動(dòng)片與外界無電氣連接，避免了測(cè)量過程中由于轉(zhuǎn)動(dòng)引起的摩擦和機(jī)械故障，從而真正實(shí)現(xiàn)了無接觸式測(cè)量，提高了測(cè)量精度，其等效電路如圖1(b)所示。

　　2 基本原理

　　電容傳感器的基本原理是基于物體之間的電容量與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。對(duì)于平板電容器，若平行板無限大，忽略其邊緣效應(yīng)，其電容量公式表示為：

　　由式(1)可知介電常數(shù)、極板相對(duì)面積或極板間距的變化都可反映為電容值的變化。故可以用此原理測(cè)量物體的位移，物質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)等。