电容式板材在线测厚仪

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1、万方数据第4期·仪器与仪裹·电容式板材在线测厚仪张洪刚王心航郑义忠天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市300072李江辽宁省公路蕾理局沈阳市110005I摘要】文中介绍了基于虚拟仪器概念的电容式板材在线测厚仪，分析了电容洲擞技术，虚拟仪器、实时数据采集与控制等技术难点。关键词：电容传感器虚拟仪器实时数据采集OnLineGangemeterforCapacitivePlatesztffi喀Honma鼍WaagⅪ岫Zhc．gyizhen8StateKeyLab．forPre由eMeasuringTedlnjqu∞andI璐咖Ien乜-TianjinU血代嘲t

2、y，T姗jiDg300072Ahtract：Thispaperinu-oducedtheonlinegaugemettrf∞captivep]ate3basedonvirtualhutnⅡII∞tconceptiveandⅢmIyzed抽ainlythedlfficulfiessuch蛆∞犁Icdve如ia耐etd瑚in^dngtachnique，virⅢinsmnnent，realtittledataecquis-donandcoD谢etc．KeyWords：CapacitlveTransducH。Vi删Instrament，RealTimeDataAoqu‰1

3、概述高精度、非接触式的测量手段广泛应用于科研和生产随着工业技术的迅速发展，企业对产品质量和生加工行业。电容传感器最常用的形式为平行平板电容产效率有了更高的要求，高精度在线测控仪器充实到器，物理学上用下式描述：生产的各个环节，不仅有效地保障了产品质量，提高了生产效率，同时，也避免了加工中由质量问题引起的浪费现象。测厚仪作为一种在线测量板材厚度的精密仪器，在整个轧机的厚控系统中占有非常重要的地位。它为轧机的AGC系统提供实时厚度偏差信号，信号的准确度和分辨力直接影响了轧翻板材的厚度质量。目前，国内的钢铁和有色金属行业多采用非接触式的溅厚仪，其中，非接触式的x射线测厚仪

4、有一定的应用。长期以来，由于x射线管的老化和易损同题，高压发生器的准确度和稳定性以及整套设备造价过于昂贵等原因，一直难以得到广泛使用。文中介绍一种基于虚拟仪器概念，以PC机为核心，利用电容传感器对板材厚度进行在线检测，通过实时数据采集，由计算机进行数据处理分析。并发出相应控制指令。钢板厚度控制系统由电动压下自动位置控制APC(德国西门子S5—135PC)和液压下厚度自动控翻AGC(美国PIo—U)G!疆D总线)组成。2电容测微技术电容传感器具有温度稳定性好、结构简单、精度高、响应快、线性范围宽和可实现非接触武测量等优点。近年来，由于电容测徽技术的不断完善，微米级精

5、度的电容测微仪已是一般性产品，电容潮徽技术作为收靖日期：1999-11-23●改精日期：2000．12．14c=8rS(1)即电容器的电容值C与极间距h成反比，与极板面积S和介电常数s成正比．由此衍生出变极距型、变面积型和变介电常数型等不同形式的传感器。对于变极距型传感器，测量中被滑物与大地连接，单极式电容传感器与之形成一个电容器CI，此电容器接入开环放大倍数为A的运算放大器反馈回路中，由此得到其原理公式：vo=与粤=一猕(2)UTEo式中：yo为电容式精密测微仪的电压输出；cs为标准参比电容；K为信号源标准方波输出信号；S为传感器测头有效端面面积；CT为传感器测

6、头的有效待测电容；h为传感器测头与被测物体之间的距离。可见，放大器的输出与电容极板问距成正比。图1所示为电容测檄仪基本工作原理。为防止干扰和减小田1电彝式精密澍t仪基车工作肛有害寄生电容的影响，传感器与运算电路问采用低分万方数据14仪表技术与传

7、l器2001正布电容双屏蔽电缆连接，内屏蔽与电缆芯线通过仪器地近似等电位，从而消除芯线与内屏蔽阿容性电流的泄放，外屏蔽接大地用来防止外界电场的干扰。圈2所示为测厚原理，由于被测物3是非绝缘体，特别是在线测量时．由于工件加工中存在振幅为AX的振动，所以采用差动潞量的方法，使其表面分别与传感器1、2构成电容器。由此形成对其厚度

8、变化量△^的实时监测，即当给定传感器2的相对位置和板材初始厚度h时，板材厚度变化△^，则有Ah=△^d+△k，由(2)式可得：AVi=C曲sVs加(3)△y2=警Ab(4)式中：△口=△h。+△zAb=Ahb+△z所以可得：AVl+△y2：C-警sVAh(5)由此，差动测量方法有效地解决了工件加工过程中的振动问题。4+A也^一A^“A盈田2测厚原理示意田电容式板材测厚仪是应用于工业现场的，所以对于传感器与测厚仪的连接电缆的长度有一定要求，而且对于仪器的抗干扰能力和稳定性要求较高。电容传感器低分布电容双屏蔽电线连接，并采用了不完善驱动电缩技术在一定程度上解决了这些问

9、题，但其电