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

　　0 引言

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

　　1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　該傳感器系統(tǒng)采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1(a)所示。其中動片由2片張角為90°的相對的扇形金屬板組成，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于2個可變電容的串聯(lián)，電容的串聯(lián)值隨動片金屬極板與定片金屬極板之間相對角度的變化而變化。從靜片引出電極的設(shè)計方式引線方便，有利于動片相對于靜片的角度變化，而且動片與外界無電氣連接，避免了測量過程中由于轉(zhuǎn)動引起的摩擦和機械故障，從而真正實現(xiàn)了無接觸式測量，提高了測量精度，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。故可以用此原理測量物體的位移，物質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)等。