標題稱重傳感器高溫電容式

電容式高溫稱重傳感器的應用
摘要：介紹電容式高溫稱重傳感器的原理、結構、特
點，以及在高溫環境中補償的方法。
關鍵詞：稱重傳感器高溫電容式

1前言
在倡導循環經濟的今天，高溫環境中的稱重技
術越來越受到人們的關注。高溫稱重傳感器是高溫稱
重技術的核心。常用的電阻應變式高溫稱重傳感器需
要采用高溫補償應變計、耐高溫貼片膠和耐高溫的焊
錫、灌封膠等有機材料，且高溫的溫度范圍小。而電容
式高溫稱重傳感器不需要使用有機材料，同時對基礎
材料的依賴性較小，制作所需的材料容易解決。電容
式高溫稱重傳感器從原理和結構上解決了電阻應變式
高溫稱重傳感器在高溫環境中遇到的難題。電容式高
溫稱重傳感器在高溫環境下能正常工作的特性，開辟
了高溫稱重技術的新領域。

2電容式高溫稱重傳感器的原理與結構
電容式高溫稱重傳感器是把被稱物體重量轉換為
電容容量變化的一種傳感器。通常為差動變間距電容
式稱重傳感器，一般采用調頻電路。當被稱重物差動
改變電容的間距而使電容發生變化時，振蕩器的振蕩
頻率發生相應變化，在鑒頻器上變換為振幅的變化，
經放大轉換成一個直流的高電平信號輸出，顯示在稱
重儀表上。這種電容式高溫稱重傳感器可以測量微米
數量級的位移，同時具有非線性小，靈敏度高，抗干擾
能力強，特性穩定的特點。
電容式高溫稱重傳感器由傳感器電容和陶瓷骨架
的穩定電感器組成的LC振蕩器、熱敏電阻溫度傳感
器、編碼器電路、電源、高溫雙層屏蔽電纜及補償接
線盒等組成。編碼器電路如圖1所示。

3電容式高溫稱重傳感器的補償方法
采用分段拋物線插值的算法進行線性化處理。具
體方法為在經常使用的高溫范圍內分12個秤量點，逐
點進行標定。為了提高電容式高溫稱重傳感器的穩定
性，應進行兩個循環的試驗，測出電容式高溫稱重傳

器的輸出特性曲線和溫度影響曲線，用曲線擬合的
法外推出-1力級的數據并求出各秤量段的拋物線參
。將這些參數與溫度影響曲線參數一起寫入補償接
盒的EPROM中。補償接線盒具有平衡多個電容式
溫稱重傳感器輸出和選擇不同長度雙層屏蔽電纜的
能。
高溫對稱重傳感器性能影響的途徑有：彈性體材
彈性模量的溫度系數、分布電容、電感器的電感量、
間基準隨溫度的變化，傳感器結構材料的熱脹冷縮
極板間隙的影響等。這些因素對電容式高溫稱重傳
器靈敏度影響的特點是滿秤量相對誤差與秤量的關
呈非線性，當量相對誤差與秤量的關系呈線性。通
在高溫下對電容式高溫稱重傳感器的標定，確定量
兩端（-1力級和120%最大秤量）的溫度影響曲線，
線性插值的方法計算當前溫度下對實際秤量點的
償量。起始點的溫度補償也是通過溫度試驗取得起
點的溫度影響曲線，再根據電容式高溫稱重傳感器
實際溫度對起始點進行修正。溫度誤差校正示意圖
圖2所示。

補償算法的參數可以通過理論分析計算，也可采
用試驗結果得出的經驗數據。
造成電容式高溫稱重傳感器滯后的因素有傳感
器結構（如極板的固定方式、密封罩的結構形式）、彈
性體的應力集中、彈性材料的內摩擦、彈性材料的微
觀組織結構（熱處理工藝和參數）和傳感器的制作工
藝過程等。這些因素不但影響電容式高溫稱重傳感器
的輸出特性的一致性，也影響電容式高溫稱重傳感器
的溫度特性，因此每只電容式高溫稱重傳感器按實際
需要在高溫下進行標定，計算出不同的補償曲線和補
償系數，采用曲線擬合的方法在補償接線盒內進行補
償。
4電容式高溫稱重傳感器的特點
電容式高溫稱重傳感器的絕緣材料必須有高的絕
緣性能，足夠的機械強度，高的形狀穩定性及良好的
抗濕性能。應考慮電容式高溫稱重傳感器材料的膨脹
系數與金屬部件的膨脹系數相匹配。陶瓷是較理想的
絕緣材料。
金屬部件電極及其支承件也要有較高的形狀穩
定性，電容極板內表面必須保持清潔，應防塵。對電容
式高溫稱重傳感器的殼體要求剛性好，且密封。極板
盡量薄，在陶瓷材料上蒸鍍金屬膜作極板。
電容式高溫稱重傳感器采用雙層屏蔽等電位傳輸
技術，使雙層屏蔽與信號傳輸導線為等電位，消除引
線與屏蔽層之間的電容。高溫雙層屏蔽電纜應通過金
屬軟管、金屬線管進入補償接線盒。補償接線盒的安
裝位置應盡可能地避開高溫區域。金屬軟管、金屬線
管應采取隔熱保護措施。
每只電容式高溫稱重傳感器都有一個EPROM和
它相對應，更換電容式高溫稱重傳感器時也需更換補
償接線盒中相應的EPROM，而無需更換稱重儀表�？�
服了電容式高溫稱重傳感器一致性差的不足。
為了防止濕度的影響，電容式高溫稱重傳感器應密封起來，采用金屬密封結構并充干燥氮氣。
5結束語
電容式高溫稱重傳感器是頻率量輸出，而頻率量
信號放大過程不引入誤差，測量容易，信號處理過程
引入誤差的環節少，有利提高系統的準確度。電容式
高溫稱重傳感器自身不發熱，不會產生因自身發熱而
引起的零漂。
每只電容式高溫稱重傳感器都是在不同工作溫度
下標定的，且有溫度傳感器做溫度補償，所以電容式
高溫稱重傳感器在高溫環境中表現出來的互換性、計
量性能和長期穩定性都遠遠高于應變式高溫稱重傳感
器。電容式高溫稱重傳感器在高溫環境中的應用具有
廣闊的前景。
參考文獻
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2施漢謙，宋文敏．電子秤技術．中國計量出版社，
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3衡器原理、安裝與調修．冶金工業部工人視聽教材編
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