基于开关电容电容传感器接口电路设计与测试

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1、工业仪表与自动化装置2012年第6期基于开关电容的电容传感器接口电路设计与测试邢文奇，胡红利，罗政元(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安710049)摘要：电容传感器已广泛应用于压力、压差、位移、加速度、振动等非电量的精密测量，参比电容传感器有望用于气固两相流测量等领域，而接口电路是电容传感器应用中的核心和关键技术。基于开关电容原理开发的电容传感器接口电路，从原理上消除了电路中寄生电容的影响和直流偏移，使得电容传感器的应用更加广泛。在活塞式压力校验台上，对开关电容接口电路进行了性能测试。结果表明，开关

2、电容接口电路迟滞误差为0．84％，非线性误差为1．33％，重复性误差为1．20％，可应用于参比电容传感器测量系统。关键词：电容传感器；开关电容；接口电路；压力传感器；标定中图分类号：TM934．23文献标志码：A文章编号：1000—0682(2012)06—0018—04DesignandtestofacapacitancesensorinterfacecircuitbasedonswitchedcapacitorXINGWenqi，HUHongh，LUOZhengyuan(StateKeyLaboratoryEl

3、ectricalInsulationandPowerEquipment，Xi'anJiaotongUniversity，Xi'an710049，China)Abstract：Capacitancesensorshavebeenwidelyusedintheprecisionmeasurementofpressure。dif-ferentialpressure，displacement，acceleration，vibration，etc，referencecapacitancesensorsareexpectedf

4、orgas—solidtwo—phaseflowmeasurement，andinterfacecircuitisthecoreandthekeyofthecapacitancesensorapplications．Adevelopedcapacitancesensorinterfacecircuitbasedontheprincipleofswitchedcapacitorcanovercometheeffectsofstraycapacitanceandbaselinedriftinthecircuit，whi

5、chmakestheapplicationsofthecapacitancesensormoreextensive．Moreover，theperformancetestingoftheswitched—capacitorinterfacecircuitisfulfilledonthepistonpressurecalibrationstage．Theresultsshowthattheswitched—capacitorinterfacecircuithysteresiserroris0．84％．nonlinea

6、rityerroris1．33％．andrepeat—abilityerroris1．20％．Itcanbeappliedinthemeasurementofpulverizedcoalconcentration．Keywords：capacitancesensor；switchedcapacitor；interfacecircuit；pressuresensor；calibration等非电量的测量中。但连接电容传感器敏感元件的0引言接口电路(信号调理电路)技术却相当的落后，诸如电容传感器具有结构简单、灵敏度高、

7、动态响应在气固两相流测量等新兴领域的参比式接口电路缺特性好、低温漂、抗过载能力强等特点，差动式电容乏研究¨-2J，使得电容传感器的应用受到很大限制。传感器广泛应用于对压力、压差、位移、振动、加速度微小电容的测量是一个复杂而棘手的问题，分布电容、引线电容、电磁干扰、信号泄漏、电路漂移等收稿日期：2012—07—24因素都会严重地影响测量结果，而且很难消除。电基金项目：国家自然科学基金项目(51177120)；863计划资助项容传感器的应用也主要受到接口电路和寄生电容的目(2009AA04Z130)限制，而寄生电容往往

8、比被测电容值高出几个数量作者简介：邢文奇(1987)，男，硕士研究生，研究方向为气固两相流检测与控制，电气测量等。级。迄今为止，国内外学者对此进行了广泛而深入联系人：胡红利，男，教授，博士生导师。地理论分析和实验研究，并相继提出了很多高性能2012年第6期工业仪表与自动化装置·l9·的电容传感器接口电路。Bramanti提出利用RLC2=／乙’+e2串联电路