本發(fā)明涉及一種參比電容傳感器接口電路，適用于傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電容傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)好、低溫漂、抗過載能力強(qiáng)、易于安裝等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于對壓力、壓差、位移、液位、成分含量等測量中。而基于電容傳感器的氣固兩相流測量技術(shù)也被認(rèn)為是最有前途的氣固兩相流技術(shù)。電容法測量離散相濃度的原理是基于流體通過電容極板形成的敏感電場時，氣固流體混合物的等效介電常數(shù)的變化將引起電極的電容值改變，測電容值的問題。但連接電容敏感元件和實(shí)現(xiàn)電容信號。數(shù)據(jù)處理的接口電路(信號調(diào)理電路)技術(shù)卻相當(dāng)落后，分布電容、引線電容、電磁干擾、信號泄漏、電路漂移等因素都會嚴(yán)重地影響測量結(jié)果，而且很難消除。電容傳感器的性能主要受到接口電路和寄生電容的限制，而寄生電容往往比被測電容容量高幾個數(shù)量級。迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者提出了很多高性能的電容傳感器接口電路，但能夠在氣固流工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的很少。針對電容傳感器接口電路在兩相流測量應(yīng)用中的不足，設(shè)計性能較高、實(shí)用性強(qiáng)的傳感器接口電路，有很大的市場價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種參比電容傳感器接口電路，改進(jìn)了張弛振蕩電路，使用參比電容(在參比試驗(yàn)段中放人適量的煤粉)的創(chuàng)新設(shè)計，一方面可以實(shí)現(xiàn)儀表大范圍的零點(diǎn)遷移和量程壓縮，提高了測量系統(tǒng)的靈敏度；另一方面，接近對稱的結(jié)構(gòu)有效的消除了溫度及其他噪聲的影響。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是。

參比電容傳感器接口電路包括改進(jìn)的張弛振蕩電路、周期提取電路，設(shè)計了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)平臺。將張弛振蕩電路的差動設(shè)計改為參比電容設(shè)計，可以有效地降低共模信號干擾；其次，電路使用門限遲滯比較器，防止信號毛刺而引起電路的誤動作進(jìn)而產(chǎn)生錯誤的電壓跳變。

所述張弛振蕩電路采用參比電容設(shè)計，可以有效地降低共模信號干擾，使用門限遲滯比較器，防止信號毛刺而引起電路的誤動作進(jìn)而產(chǎn)生錯誤的電壓跳變。比較器A3和A4輸出V6與V7同時同時為高電平時持續(xù)時間為T1；A3和A4輸出同時為低電平時持續(xù)時間為T2。在界時間內(nèi)，保持電容C1充電。

所述周期提取電路采用74HC04(非門)和74LS86(異或門)聯(lián)合構(gòu)成了一個同或門，通過對轉(zhuǎn)換了電平的V6、V7信號進(jìn)行同或運(yùn)算，可以獲得高電平為+5V、低電平為OV的含有T1、T2信息的Signal信號。將經(jīng)過處理電平后的V7信號直接引出作為標(biāo)識Signal信號中T1、T2信息的Flag信號。使用TMS320F2812DSP對信號中T1、T2進(jìn)行計時，而2812DSP的最大輸人電壓只能為3.3 V，因此還需要對Signal和Flag信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化，使其能夠安全正常的輸人后端的DSP。經(jīng)過電平調(diào)整，最終輸出的Signal和Flag電平符合CMOS電路電平范圍，可以直接被微處理器采集并進(jìn)行相應(yīng)的電容值計算。

所述實(shí)驗(yàn)平臺是通過活塞式壓力計改變外界壓力的大小，從而改變相應(yīng)電容敏感元件的電容值大小，通過設(shè)計的張弛振蕩電路測量該敏感元件的電容值，最后將實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果進(jìn)行分析討論，實(shí)現(xiàn)對帶參比電容的張弛振蕩電容測量電路的測試標(biāo)定及分析，對于電容法氣固兩相流系統(tǒng)濃度測量有著極大的意義。實(shí)驗(yàn)平臺中電容敏感元件采用特制的電容式壓力傳感器輸出微小電容，在量程范圍內(nèi)誤差小于0.1%,穩(wěn)定度6個月內(nèi)小于0.1%。實(shí)驗(yàn)標(biāo)定平臺中的活塞式壓力計采用YS-6C型活塞壓力計，該活塞式壓力計可精確產(chǎn)生0.02～0.6 MPa的壓力，其精度等級為0.05級。在穩(wěn)定流型的氣固兩相流系統(tǒng)中，安裝在輸粉管道上的電容傳感器空管(即煤粉濃度為零)電容值為38 pF，根據(jù)實(shí)際測量的量程需要，使得對應(yīng)電容式壓力傳感器輸出電容值約在38～44 pF間變化，以滿足測試需要。

本發(fā)明的有益效果是：電路可以實(shí)現(xiàn)儀表大范圍的零點(diǎn)遷移和量程壓縮，提高了測量系統(tǒng)的靈敏度，且接近對稱的結(jié)構(gòu)有效的消除了溫度及其他噪聲的影響。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的改進(jìn)的張弛振蕩電路。

圖2是本發(fā)明的周期提取電路。

圖3是本發(fā)明的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)平臺。

圖中:1.球面電極；2.張緊平膜片；3.引線；4.絕緣體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，張弛振蕩電路采用參比電容設(shè)計，可以有效地降低共模信號干擾，使用門限遲滯比較器，防止信號毛刺而引起電路的誤動作進(jìn)而產(chǎn)生錯誤的電壓跳變。比較器A3和A4輸出V6與V7同時同時為高電平時持續(xù)時間為T1；A3和A4輸出同時為低電平時持續(xù)時間為T2。在界時間內(nèi)，保持電容C1充電。

如圖2，周期提取電路采用74HC04(非門)和74LS86(異或門)聯(lián)合構(gòu)成了一個同或門，通過對轉(zhuǎn)換了電平的V6、V7信號進(jìn)行同或運(yùn)算，可以獲得高電平為+5V、低電平為OV的含有T1、T2信息的Signal信號。將經(jīng)過處理電平后的V7信號直接引出作為標(biāo)識Signal信號中T1、T2信息的Flag信號。使用TMS320F2812DSP對信號中T1、T2進(jìn)行計時，而2812DSP的最大輸人電壓只能為3.3 V，因此還需要對Signal和Flag信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化，使其能夠安全正常的輸人后端的DSP。經(jīng)過電平調(diào)整，最終輸出的Signal和Flag電平符合CMOS電路電平范圍，可以直接被微處理器采集并進(jìn)行相應(yīng)的電容值計算。

如圖3，實(shí)驗(yàn)平臺是通過活塞式壓力計改變外界壓力的大小，從而改變相應(yīng)電容敏感元件的電容值大小，通過設(shè)計的張弛振蕩電路測量該敏感元件的電容值，最后將實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果進(jìn)行分析討論，實(shí)現(xiàn)對帶參比電容的張弛振蕩電容測量電路的測試標(biāo)定及分析，對于電容法氣固兩相流系統(tǒng)濃度測量有著極大的意義。實(shí)驗(yàn)平臺中電容敏感元件采用特制的電容式壓力傳感器輸出微小電容，在量程范圍內(nèi)誤差小于0.1%,穩(wěn)定度6個月內(nèi)小于0.1%。實(shí)驗(yàn)標(biāo)定平臺中的活塞式壓力計采用YS-6C型活塞壓力計，該活塞式壓力計可精確產(chǎn)生0.02～0.6 MPa的壓力，其精度等級為0.05級。在穩(wěn)定流型的氣固兩相流系統(tǒng)中，安裝在輸粉管道上的電容傳感器空管(即煤粉濃度為零)電容值為38 pF，根據(jù)實(shí)際測量的量程需要，使得對應(yīng)電容式壓力傳感器輸出電容值約在38～44 pF間變化，以滿足測試需要。