基于AM402的電流量輸出電容式角度傳感器

摘要：設計了一種新型的電容式角度傳感器，并利用電容式信號轉換集成電路CAV424和電壓一電流轉換接口電路AM402，將電容傳感器信號轉化為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，在動片轉動過程中，不但轉軸之間存在摩擦，而且容易造成引出線與動片轉軸之間接觸不良，出現(xiàn)機械故障，引入干擾和誤差，影響測量精度。所以，設計了新型的電容式角度傳感器，對結構進行了改進，克服了傳統(tǒng)差動式電容角度傳感器結構設計上存在的缺陷。

　　1 結構設計

　　該傳感器系統(tǒng)采用新的結構設計方式，結構設計如圖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成，電極分別從兩靜片引出，作為傳感器的信號輸出端。本質上，這種新結構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構參數之間的關系。對于平板電容器，若平行板無限大，忽略其邊緣效應，其電容量公式表示為：

　　由式(1)可知介電常數、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，物質的狀態(tài)參數等。