電容式測厚儀原理

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1、電容式測厚儀一、電容傳感器基本原理電容傳感器具有溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、響應(yīng)快、線性范圍寬和實(shí)現(xiàn)非接觸式測量等優(yōu)點(diǎn)。近年來，由于電容測量技術(shù)的不斷完善，微米級(jí)精度的電容測微儀已是一般性產(chǎn)品，電容測微技術(shù)作為高精度、非接觸式的測量手段廣泛應(yīng)用于科研和生產(chǎn)加工行業(yè)。電容傳感器最常用的形式為平行平板電容器，物理學(xué)上用下式描述：即電容器的電容值C與極間距h成反比，與極板面積S和介電常數(shù)成正比。對于變極距型傳感器，測量中被測物與大地連接，單極式電容傳感器與之形成一個(gè)電容器，此電容器接入開環(huán)放大倍數(shù)為A的運(yùn)算放大器反饋回路中，由

2、此得到其原理公式：式中：為電容式精密測微儀的電壓輸出；為標(biāo)準(zhǔn)參比電容；為信號(hào)源標(biāo)準(zhǔn)方波輸出信號(hào)；S為傳感器測頭有效端面面積；為傳感器測頭的有效待測電容；h為傳感器與被測物體之間的距離。二、電容測厚儀設(shè)計(jì)圖1電容測厚儀傳感器安裝結(jié)構(gòu)示意圖電容測厚儀用于測量金屬板材在軋制過程中的厚度變化，，放在板材兩邊，板材是電容的動(dòng)極板，總電容為，作為一個(gè)橋臂。如果板材只是上下波動(dòng)，電容的增量一個(gè)增加一個(gè)減少，總的電容量不變；如果板材的厚度變化使電容變化，電橋?qū)⒃撔盘?hào)變化輸出為電壓，經(jīng)放大器、整流電路的直流信號(hào)送出處理顯示，顯示為厚度變化。圖

3、2測厚原理示意圖圖2所示為測厚原理，由于被測物3是非絕緣體，特別是在線測量時(shí)，由于工件加工中存在振幅為的振動(dòng)，所以采用差動(dòng)測量的方法，使其表面分別與傳感器1、2構(gòu)成電容器，由此形成對其厚度變化量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，即當(dāng)給定傳感器2的相對位置和板材初始厚度h時(shí)，板材厚度變化，則有，傳感器引起電壓的變化為：式中：可得總的變化電壓：由此，差動(dòng)測量方法有效地解決了工件加工過程中的振動(dòng)問題。圖3電容測厚儀電路原理框圖至此，輸出信號(hào)通過放大、整流、差放電路和指示儀表即可顯示板材的厚度三、電容測厚傳感器在板材軋制裝置中的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)?由于這種傳感器

4、具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能實(shí)現(xiàn)非接觸測量等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用?動(dòng)態(tài)響應(yīng)好?溫度穩(wěn)定性好電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又由于本身發(fā)熱極小，因此影響穩(wěn)定性也極微小缺點(diǎn)?.輸出阻抗高，負(fù)載能力差，電容傳感器的電容量受其電極幾何尺寸等限制，一般為幾十皮法到幾百皮法，使傳感器輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用音頻范圍內(nèi)的交流電源時(shí)，輸出阻抗更高，因此傳感器負(fù)載能力差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象；?寄生電容影響大