一种参比电容传感器接口电路的制作方法

本发明涉及一种参比电容传感器接口电路，适用于传感器领域。

背景技术：

电容传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应好、低温漂、抗过载能力强、易于安装等特点，广泛应用于对压力、压差、位移、液位、成分含量等测量中。而基于电容传感器的气固两相流测量技术也被认为是最有前途的气固两相流技术。电容法测量离散相浓度的原理是基于流体通过电容极板形成的敏感电场时，气固流体混合物的等效介电常数的变化将引起电极的电容值改变，测电容值的问题。但连接电容敏感元件和实现电容信号。数据处理的接口电路(信号调理电路)技术却相当落后，分布电容、引线电容、电磁干扰、信号泄漏、电路漂移等因素都会严重地影响测量结果，而且很难消除。电容传感器的性能主要受到接口电路和寄生电容的限制，而寄生电容往往比被测电容容量高几个数量级。迄今为止，国内外学者提出了很多高性能的电容传感器接口电路，但能够在气固流工业现场应用的很少。针对电容传感器接口电路在两相流测量应用中的不足，设计性能较高、实用性强的传感器接口电路，有很大的市场价值。

技术实现要素：

本发明提供一种参比电容传感器接口电路，改进了张弛振荡电路，使用参比电容(在参比试验段中放人适量的煤粉)的创新设计，一方面可以实现仪表大范围的零点迁移和量程压缩，提高了测量系统的灵敏度；另一方面，接近对称的结构有效的消除了温度及其他噪声的影响。

本发明所采用的技术方案是。

参比电容传感器接口电路包括改进的张弛振荡电路、周期提取电路，设计了标定实验平台。将张弛振荡电路的差动设计改为参比电容设计，可以有效地降低共模信号干扰；其次，电路使用门限迟滞比较器，防止信号毛刺而引起电路的误动作进而产生错误的电压跳变。

所述张弛振荡电路采用参比电容设计，可以有效地降低共模信号干扰，使用门限迟滞比较器，防止信号毛刺而引起电路的误动作进而产生错误的电压跳变。比较器A3和A4输出V6与V7同时同时为高电平时持续时间为T1；A3和A4输出同时为低电平时持续时间为T2。在界时间内，保持电容C1充电。

所述周期提取电路采用74HC04(非门)和74LS86(异或门)联合构成了一个同或门，通过对转换了电平的V6、V7信号进行同或运算，可以获得高电平为+5V、低电平为OV的含有T1、T2信息的Signal信号。将经过处理电平后的V7信号直接引出作为标识Signal信号中T1、T2信息的Flag信号。使用TMS320F2812DSP对信号中T1、T2进行计时，而2812DSP的最大输人电压只能为3.3 V，因此还需要对Signal和Flag信号进行电平转化，使其能够安全正常的输人后端的DSP。经过电平调整，最终输出的Signal和Flag电平符合CMOS电路电平范围，可以直接被微处理器采集并进行相应的电容值计算。

所述实验平台是通过活塞式压力计改变外界压力的大小，从而改变相应电容敏感元件的电容值大小，通过设计的张弛振荡电路测量该敏感元件的电容值，最后将实验的测量结果进行分析讨论，实现对带参比电容的张弛振荡电容测量电路的测试标定及分析，对于电容法气固两相流系统浓度测量有着极大的意义。实验平台中电容敏感元件采用特制的电容式压力传感器输出微小电容，在量程范围内误差小于0.1%,稳定度6个月内小于0.1%。实验标定平台中的活塞式压力计采用YS-6C型活塞压力计，该活塞式压力计可精确产生0.02～0.6 MPa的压力，其精度等级为0.05级。在稳定流型的气固两相流系统中，安装在输粉管道上的电容传感器空管(即煤粉浓度为零)电容值为38 pF，根据实际测量的量程需要，使得对应电容式压力传感器输出电容值约在38～44 pF间变化，以满足测试需要。

本发明的有益效果是：电路可以实现仪表大范围的零点迁移和量程压缩，提高了测量系统的灵敏度，且接近对称的结构有效的消除了温度及其他噪声的影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的改进的张弛振荡电路。

图2是本发明的周期提取电路。

图3是本发明的标定实验平台。

图中:1.球面电极；2.张紧平膜片；3.引线；4.绝缘体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，张弛振荡电路采用参比电容设计，可以有效地降低共模信号干扰，使用门限迟滞比较器，防止信号毛刺而引起电路的误动作进而产生错误的电压跳变。比较器A3和A4输出V6与V7同时同时为高电平时持续时间为T1；A3和A4输出同时为低电平时持续时间为T2。在界时间内，保持电容C1充电。

如图2，周期提取电路采用74HC04(非门)和74LS86(异或门)联合构成了一个同或门，通过对转换了电平的V6、V7信号进行同或运算，可以获得高电平为+5V、低电平为OV的含有T1、T2信息的Signal信号。将经过处理电平后的V7信号直接引出作为标识Signal信号中T1、T2信息的Flag信号。使用TMS320F2812DSP对信号中T1、T2进行计时，而2812DSP的最大输人电压只能为3.3 V，因此还需要对Signal和Flag信号进行电平转化，使其能够安全正常的输人后端的DSP。经过电平调整，最终输出的Signal和Flag电平符合CMOS电路电平范围，可以直接被微处理器采集并进行相应的电容值计算。

如图3，实验平台是通过活塞式压力计改变外界压力的大小，从而改变相应电容敏感元件的电容值大小，通过设计的张弛振荡电路测量该敏感元件的电容值，最后将实验的测量结果进行分析讨论，实现对带参比电容的张弛振荡电容测量电路的测试标定及分析，对于电容法气固两相流系统浓度测量有着极大的意义。实验平台中电容敏感元件采用特制的电容式压力传感器输出微小电容，在量程范围内误差小于0.1%,稳定度6个月内小于0.1%。实验标定平台中的活塞式压力计采用YS-6C型活塞压力计，该活塞式压力计可精确产生0.02～0.6 MPa的压力，其精度等级为0.05级。在稳定流型的气固两相流系统中，安装在输粉管道上的电容传感器空管(即煤粉浓度为零)电容值为38 pF，根据实际测量的量程需要，使得对应电容式压力传感器输出电容值约在38～44 pF间变化，以满足测试需要。