电容传感器的数字化测量方法 -(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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　　若要测量一个C_x为1000pF左右的电容，用555做成振荡电路，硬件调整时先用一个标准的1 000 pF 电容替代C_x，调整R₁使输出脉冲频率为2 kHz。单片机初始化定义INT₀为外部脉冲输入，上升沿触发并允许INT₀中断；T₀为16位定时器，由T₀r触发。系统时钟用12MHz晶振，则T₀每隔1　μs计数器加1，16位定时器计满为65536μs，设计要求电容为1000pF时，参量A也为1000，即A随C_x而变，分辨率为1pF。
　　把振荡脉冲输入到INT₀端，在INT₀的第1个中断里，启动T₀，共计16个脉冲周期，在第17个INT₀中断时，停止T₀计时，读取TH₀和TL₀的值。当脉冲振荡频率为2kHz时，周期为500μs，16个周期为8000μs，这也是T₀的定时值，将T₀结果除以8，即TH₀、TL₀右移3位，就可求得A值，即对应C_x的值。
　　电路标准频率的调整，可用频率计测量，也可运行测量程序进行读数，当得到A=1000时即可。1000pF标准电容用稳定性好的独石电容，R₁用多圈精密电位器，调整完毕用C_x取代C即可进行测量。线路调整方便，性能稳定，检测精度1000 pF 时为±1 pF。

3　电容量微小变化的测量

　　在实际应用中，往往是要检测电容传感器容量的变化量ΔC=C_t1－C_t0，由于传感器设计和安装的不同，基本电容（传感器的空载电容、连接导线电容和其它分布电容）较大，而ΔC则很小，倘若基本电容稳定，运用上述方法也能很好地测出ΔC。但是，由于环境（介质温湿度、静电等）的变化，使基本电容（主要是连接导线电容和其它分布电容）发生较大变化，ΔC被噪声淹没，一般方法较难测量ΔC。
　　下面介绍一种借助比较电容来测量ΔC的方法。原理电路如图2所示。在传感器连接至变送器（555振荡器）时，采用双芯屏蔽线，芯线a连至传感器电容的正极板，作为信号引线；芯线b连至尽量靠近传感器，其本身的导线电容等构成比较电容；屏蔽线连至传感器电容的负极板（一般为接地极）。芯线a、b通过模拟多路开关连至振荡器。工作时控制多路开关分别接通芯线a或芯线b，测量得到某一时刻的C_a、C_b，且C_a=C_x C_a′、C_b=C_b′（C_x为传感器感应电容，C_a′、C_b′为芯线a、b对应的导线电容、分布电容等），由于芯线a、b完全在同一个环境里，故C_a′=C_b′，计算C_a－C_b=C_x，即得到不同时刻的C_x，也就能算得ΔC了。