电容式高温称重传感器的应用

　　1 前言

　　在倡导循环经济的今天，高温环境中的称重技术越来越受到人们的关注。高温称重传感器是高温称重技术的核心。常用的电阻应变式高温称重传感器需要采用高温补偿应变计、耐高温贴片胶和耐高温的焊锡、灌封胶等有机材料，且高温的温度范围小。而电容式高温称重传感器不需要使用有机材料，同时对基础材料的依赖性较小，制作所需的材料容易解决。电容式高温称重传感器从原理和结构上解决了电阻应变式高温称重传感器在高温环境中遇到的难题。电容式高温称重传感器在高温环境下能正常工作的特性，开辟了高温称重技术的新领域。

　　2 电容式高温称重传感器的原理与结构

　　电容式高温称重传感器是把被称物体重量转换为电容容量变化的一种传感器。通常为差动变间距电容式称重传感器，一般采用调频电路。当被称重物差动改变电容的间距而使电容发生变化时，振荡器的振荡频率发生相应变化，在鉴频器上变换为振幅的变化，经放大转换成一个直流的高电平信号输出，显示在称重仪表上。这种电容式高温称重传感器可以测量微米数量级的位移，同时具有非线性小，灵敏度高，抗干扰能力强，特性稳定的特点。

　　电容式高温称重传感器由传感器电容和陶瓷骨架的稳定电感器组成的LC振荡器、热敏电阻温度传感器、编码器电路、电源、高温双层屏蔽电缆及补偿接线盒等组成。编码器电路如图1所示。

　　3 电容式高温称重传感器的补偿方法

　　采用分段抛物线插值的算法进行线性化处理。具体方法为在经常使用的高温范围内分12个秤量点，点进行标定。为了提高电容式高温称重传感器的稳定性，应进行两个循环的试验，测出电容式高温称重传感器的输出特性曲线和温度影响曲线，用曲线拟合的方法外推出-1力级的数据并求出各秤量段的抛物线参数。将这些参数与温度影响曲线参数一起写入补偿接线盒的EPROM中。补偿接线盒具有平衡多个电容式高温称重传感器输出和选择不同长度双层屏蔽电缆的功能。

　　高温对称重传感器性能影响的途径有：弹性体材料弹性模量的温度系数、分布电容、电感器的电感量、时间基准随温度的变化，传感器结构材料的热胀冷缩对极板间隙的影响等。这些因素对电容式高温称重传感器灵敏度影响的特点是满秤量相对误差与秤量的关系呈非线性，当量相对误差与秤量的关系呈线性。通过在高温下对电容式高温称重传感器的标定，确定量程两端(-1力级和120%最大秤量)的温度影响曲线，用线性插值的方法计算当前温度下对实际秤量点的补偿量。起始点的温度补偿也是通过温度试验取得起始点的温度影响曲线，再根据电容式高温称重传感器的实际温度对起始点进行修正。温度误差校正示意图如图2所示。