电容式测厚仪原理.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date电容式测厚仪原理电容式测厚仪原理电容式测厚仪一、电容传感器基本原理电容传感器具有温度稳定性好、结构简单、精度高、响应快、线性范围宽和实现非接触式测量等优点。近年来，由于电容测量技术的不断完善，微米级精度的电容测微仪已是一般性产品，电容测微技术作为高精度、非接触式的测量手段广泛应用于科研和生产加工行业。电容传感器最常用的形式为平行平板电容器，物理学上用下式描述： 即电容器的电容值C与极间距h成反比，与极板面积S和介电常数成正比。对于变极距型传感器，测量中被测物与大地连接，单极式电容传感器与之形成一个电容器，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： 式中：为电容式精密测微仪的电压输出；为标准参比电容；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；为传感器测头的有效待测电容；h为传感器与被测物体之间的距离。二、电容测厚仪设计图1 电容测厚仪传感器安装结构示意图电容测厚仪用于测量金属板材在轧制过程中的厚度变化，放在板材两边，板材是电容的动极板，总电容为，作为一个桥臂。如果板材只是上下波动，电容的增量一个增加一个减少，总的电容量不变；如果板材的厚度变化使电容变化，电桥将该信号变化输出为电压，经放大器、整流电路的直流信号送出处理显示，显示为厚度变化。 图2 测厚原理示意图 图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的振动，所以采用差动测量的方法，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，传感器引起电压的变化为：式中： 可得总的变化电压：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。图3 电容测厚仪电路原理框图至此，输出信号通过放大、整流、差放电路和指示仪表即可显示板材的厚度三、电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用。优点¡ 由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用¡ 动态响应好¡ 温度稳定性好电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又由于本身发热极小，因此影响稳定性也极微小缺点¡ .输出阻抗高，负载能力差，电容传感器的电容量受其电极几何尺寸等限制，一般为几十皮法到几百皮法，使传感器输出阻抗很高，尤其当采用音频范围 内的交流电源 时，输出阻抗更高，因此传感器负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象；¡ 寄生电容影响大-