传统的差动式电容角度传感器测量角度有限，动片与外界有直接的电气连接，其电极要分别大年夜动片和静片引出。大年夜动片引出电极平日采取轴承、卡子或者金属张丝的办法，在动片迁移转变过程中，不只转轴之存放在摩擦，并且轻易造成引出线与动片转轴之借居触不良，出现机械故障，惹人干扰和误差，影响测量精度。所以，设计了新型的电容式角度传感器，对构造进行了改进，克服了传统差动式电容角度传感器构造设计上存在的缺点。
新型的电容式角度传感器构造简单，可以或许测得0 90~的角度变更。经由过程CAV424以及AM402，可以将电容的变更旌旗灯号转化成工业上通用的4～20 mA标准的电流输出。实验获得了比较幻想的线性输出的直流电流旌旗灯号，可广泛用于实际角度测量以及主动控制等范畴。经由过程对传感器本身及其外接元件采取樊篱办法，可以有效削减外界干扰对体系的干扰，大年夜而减小测量误差。(end)
1 构造设计

该传感器体系采取新的构造设计方法。个中动片由2片张角为90°的相对的扇形金属板构成，金属沃森仪表板中心部分相连；而静片由2块张角为90°、中心部分别开的扇形金属板构成，电极分别大年夜两静片引出，作为传感器的旌旗灯号输出端。本质上，这种新构造的电容式角度传感器相当于2个可变电容的串联，电容的串联值随动片金属极板与定片金属极板之间相对角度的变更而变更。大年夜静片引出电极的设计方法引线便利，有利于动片相对于静片的角度变更，并且动片与外界无电气连接，避免了测量过程中因为迁移转变引起的摩擦和机械故障，大年夜而真正实现了无接触式测量，进步了测量精度。

2 基来源基本理

电容传感器的基来源基本理是基于物体之间的电容量与构造参数之间的关系。对于平板电容器，若平行板无穷大年夜，忽视其边沿效应，其电容量公式表示为：

由式(1)可知介电常数、极板相对面积或极板间距的变更都可反竽暌钩为电容值的变更。故可以用此道理测量物体的位移，问导誓状况参数等。

根据设计构造，设此电容式角度传感器静片的半径为R，迁移转变片与静片之间的距离(即极板间距)为d，空气的介电常数为En，迁移转变过程中，每个张角为90~的迁移转变片与静片相对面积的变更量为△s．初始状况迁移转变片与静片相对面积为零，则△S1=△S2=△s．因为：

总的电容变更量为：

设迁移转变片大年夜初始地位开端，相对于静片转过的角度为口，当

电容变更量是随角度变更周期性变更的，在0～3印。内的每个象限，电容的变更量与角度变更量0都成线性关系，变更量最大年夜为：

AM402是处理差分旌旗灯号输入、电流输出接口的集成电路，可以将输入的微弱的传感器差动电压旌旗灯号转换成相符工业标准的二线方法输出(4～20 mA)或者三线方法输出(0／4～20 mA)的电流旌旗灯号。AM402由3个根本的单位构成：
3 电容旌旗灯号测量及其转化电路

3．1 电容一电压迁移转变电路CAV424

CAV424是一种多用处的处理各类电容式传感器旌旗灯号转换的集成电路，可以或许将电容旌旗灯号转换成电压旌旗灯号。它同时具有旌旗灯号采集(相对电容量的变更)、处理和差分电压输出的功能，可以或许测量出被测电容和参考电容的差值，即在相对于参考电容值(10 PF～2 nF)5％ ～100％的变更范围内的电容值，并将其转化成响应的差分电压输出，具有高检测灵敏度；同时它还集成了内置温度传感器，当须要数字化旌旗灯号修改时可直接用来监测温度。应用CAV424作为电容传感器的疗养电路，可克服寄生电容和情况变更的影响，进步了测量精度和抗干扰才能。同时传感器外接元件较少，处理电路比较简单，仪器体积小。
实验设计中，根据AM402三线制输出电流的取值范围，调节电容传感器旌旗灯号转换集成电路芯片CAV424的外接元件，使其输出的差分电压值为0～200 mV，即输入到电压一电流转换接口电路AM402的电压值为0～200 mV，而AM402采取三线制输出方法，其输出电流范围为4～20 mA．根据前述的理论推导可知，在实际应用中，角度传感器只合适取用0～ 2/π范围内电流输出随角度的增大年夜而增大年夜的线性变更区域，故在测量过程中，只测量0-2/π内电流随角度变更的输出情况。经由过程负载的二电流输出随角度变更的测量结不雅。根据最-'b~-乘法道理，对实验数据进行曲线拟合，获得一阶最佳线性拟合曲线。

4 实验与分析
3．2 电压一电流转换电路AM402


(1)高精度的前置放大年夜器。其具有较大年夜的增益调节范围，合适于不合的旌旗灯号输入范围，可用于各类不合变更范围的传感器旌旗灯号处理。

(2)由电压控制的电流输出级。经由过程调剂偏置电压可以使输出电流在较宽典范围内可调。

(3)可调的参考电压。可为传感器或者外部元件供给5 V或10 V的电压。


该电容式角度传感器的实际测量电路，个中可变电容C1和 C2的串联部分为电容传感器等效电路部分。



结不雅注解实际测量值跟理论值根本吻合，与拟合曲线异常接近；在所测转角0～90~范围内，Iout呈线性输出。


5 评论辩论

由实验结不雅可以看出：拟合曲线与实际测量值比拟，输出的初始电流值略小于4 mA．这是因为实验过程中，要根据实际输出的电流值，对集成电路AM402进行调剂，使其初始状况偏置电流 为4 mA，在调剂过程中，传感器本身要受到四周情况中存在的寄生电容的干扰和调节过程中人体本身对传感器的影响，因而对初始值的测量结不雅造成误差。并且，电容传感器旌旗灯号转化为电压的电路CAV424也存在必定的情况干扰和误差，输出的差分电压经AM402内部的前置放大年夜器部分放大年夜，会对输出电流值袈潇成影响。
6 停止语