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

C

B

R

R

0C 1

C 2C 1

L 2

L