标题称重传感器高温电容式

电容式高温称重传感器的应用
摘要：介绍电容式高温称重传感器的原理、结构、特
点，以及在高温环境中补偿的方法。
关键词：称重传感器高温电容式

1前言
在倡导循环经济的今天，高温环境中的称重技
术越来越受到人们的关注。高温称重传感器是高温称
重技术的核心。常用的电阻应变式高温称重传感器需
要采用高温补偿应变计、耐高温贴片胶和耐高温的焊
锡、灌封胶等有机材料，且高温的温度范围小。而电容
式高温称重传感器不需要使用有机材料，同时对基础
材料的依赖性较小，制作所需的材料容易解决。电容
式高温称重传感器从原理和结构上解决了电阻应变式
高温称重传感器在高温环境中遇到的难题。电容式高
温称重传感器在高温环境下能正常工作的特性，开辟
了高温称重技术的新领域。

2电容式高温称重传感器的原理与结构
电容式高温称重传感器是把被称物体重量转换为
电容容量变化的一种传感器。通常为差动变间距电容
式称重传感器，一般采用调频电路。当被称重物差动
改变电容的间距而使电容发生变化时，振荡器的振荡
频率发生相应变化，在鉴频器上变换为振幅的变化，
经放大转换成一个直流的高电平信号输出，显示在称
重仪表上。这种电容式高温称重传感器可以测量微米
数量级的位移，同时具有非线性小，灵敏度高，抗干扰
能力强，特性稳定的特点。
电容式高温称重传感器由传感器电容和陶瓷骨架
的稳定电感器组成的LC振荡器、热敏电阻温度传感
器、编码器电路、电源、高温双层屏蔽电缆及补偿接
线盒等组成。编码器电路如图1所示。

3电容式高温称重传感器的补偿方法
采用分段抛物线插值的算法进行线性化处理。具
体方法为在经常使用的高温范围内分12个秤量点，逐
点进行标定。为了提高电容式高温称重传感器的稳定
性，应进行两个循环的试验，测出电容式高温称重传

器的输出特性曲线和温度影响曲线，用曲线拟合的
法外推出-1力级的数据并求出各秤量段的抛物线参
。将这些参数与温度影响曲线参数一起写入补偿接
盒的EPROM中。补偿接线盒具有平衡多个电容式
温称重传感器输出和选择不同长度双层屏蔽电缆的
能。
高温对称重传感器性能影响的途径有：弹性体材
弹性模量的温度系数、分布电容、电感器的电感量、
间基准随温度的变化，传感器结构材料的热胀冷缩
极板间隙的影响等。这些因素对电容式高温称重传
器灵敏度影响的特点是满秤量相对误差与秤量的关
呈非线性，当量相对误差与秤量的关系呈线性。通
在高温下对电容式高温称重传感器的标定，确定量
两端（-1力级和120%最大秤量）的温度影响曲线，
线性插值的方法计算当前温度下对实际秤量点的
偿量。起始点的温度补偿也是通过温度试验取得起
点的温度影响曲线，再根据电容式高温称重传感器
实际温度对起始点进行修正。温度误差校正示意图
图2所示。

补偿算法的参数可以通过理论分析计算，也可采
用试验结果得出的经验数据。
造成电容式高温称重传感器滞后的因素有传感
器结构（如极板的固定方式、密封罩的结构形式）、弹
性体的应力集中、弹性材料的内摩擦、弹性材料的微
观组织结构（热处理工艺和参数）和传感器的制作工
艺过程等。这些因素不但影响电容式高温称重传感器
的输出特性的一致性，也影响电容式高温称重传感器
的温度特性，因此每只电容式高温称重传感器按实际
需要在高温下进行标定，计算出不同的补偿曲线和补
偿系数，采用曲线拟合的方法在补偿接线盒内进行补
偿。
4电容式高温称重传感器的特点
电容式高温称重传感器的绝缘材料必须有高的绝
缘性能，足够的机械强度，高的形状稳定性及良好的
抗湿性能。应考虑电容式高温称重传感器材料的膨胀
系数与金属部件的膨胀系数相匹配。陶瓷是较理想的
绝缘材料。
金属部件电极及其支承件也要有较高的形状稳
定性，电容极板内表面必须保持清洁，应防尘。对电容
式高温称重传感器的壳体要求刚性好，且密封。极板
尽量薄，在陶瓷材料上蒸镀金属膜作极板。
电容式高温称重传感器采用双层屏蔽等电位传输
技术，使双层屏蔽与信号传输导线为等电位，消除引
线与屏蔽层之间的电容。高温双层屏蔽电缆应通过金
属软管、金属线管进入补偿接线盒。补偿接线盒的安
装位置应尽可能地避开高温区域。金属软管、金属线
管应采取隔热保护措施。
每只电容式高温称重传感器都有一个EPROM和
它相对应，更换电容式高温称重传感器时也需更换补
偿接线盒中相应的EPROM，而无需更换称重仪表。克
服了电容式高温称重传感器一致性差的不足。
为了防止湿度的影响，电容式高温称重传感器应密封起来，采用金属密封结构并充干燥氮气。
5结束语
电容式高温称重传感器是频率量输出，而频率量
信号放大过程不引入误差，测量容易，信号处理过程
引入误差的环节少，有利提高系统的准确度。电容式
高温称重传感器自身不发热，不会产生因自身发热而
引起的零漂。
每只电容式高温称重传感器都是在不同工作温度
下标定的，且有温度传感器做温度补偿，所以电容式
高温称重传感器在高温环境中表现出来的互换性、计
量性能和长期稳定性都远远高于应变式高温称重传感
器。电容式高温称重传感器在高温环境中的应用具有
广阔的前景。
参考文献
1唐文炳．电子衡器使用与维修．中国计量出版社，
2004．
2施汉谦，宋文敏．电子秤技术．中国计量出版社，
1991．
3衡器原理、安装与调修．冶金工业部工人视听教材编
辑部，1992