基于AM402的电流量输出电容式角度传感器

摘要：设计了一种新型的电容式角度传感器，并利用电容式信号转换集成电路CAV424和电压一电流转换接口电路AM402，将电容传感器信号转化为4—20 mA标准的工业电流输出。该系统能够有效地降低干扰和测量误差，在0—90°的范围内实现对角度的精确测量，得到线性度良好的直流电流量输出。

本文引用地址： 引言

传统的差动式电容角度传感器测量角度有限，动片与外界有直接的电气连接，其电极要分别从动片和静片引出。从动片引出电极通常采用轴承、卡子或者金属张丝的方法，在动片转动过程中，不但转轴之间存在摩擦，而且容易造成引出线与动片转轴之间接触不良，出现机械故障，引入干扰和误差，影响测量精度。所以，设计了新型的电容式角度传感器，对结构进行了改进，克服了传统差动式电容角度传感器结构设计上存在的缺陷。

1 结构设计

该传感器系统采用新的结构设计方式，结构设计如图1(a)所示。其中动片由2片张角为90°的相对的扇形金属板组成，金属板中间部分相连；而静片由2块张角为90°、中间部分分开的扇形金属板构成，电极分别从两静片引出，作为传感器的信号输出端。本质上，这种新结构的电容式角度传感器相当于2个可变电容的串联，电容的串联值随动片金属极板与定片金属极板之间相对角度的变化而变化。从静片引出电极的设计方式引线方便，有利于动片相对于静片的角度变化，而且动片与外界无电气连接，避免了测量过程中由于转动引起的摩擦和机械故障，从而真正实现了无接触式测量，提高了测量精度，其等效电路如图1(b)所示。

2 基本原理

电容传感器的基本原理是基于物体之间的电容量与结构参数之间的关系。对于平板电容器，若平行板无限大，忽略其边缘效应，其电容量公式表示为：

由式(1)可知介电常数、极板相对面积或极板间距的变化都可反映为电容值的变化。故可以用此原理测量物体的位移，物质的状态参数等。

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