为了更好地解决低精度和测量水蒸汽的难易问题，电容湿度传感器被设计，这是一个同轴圆柱形多极电容式传感器的结构中，电容值被计算为PCap01电容数字转换技术芯片帮助。测传输到STM32 MCU进行SPI通信处理，AD421将输出转换为标准的4-20 mA信号。验结果表明，在一定的温度，湿度具有根据湿度变化的输出电流的线性关系：当产生的水分是恒定的，电流趋于稳定和设计可以被测量水分。极电容传感器;湿度测量; PCap01;容量检测中图分类号：TN641 .2？ 34; TP212.9文件编号：A货号：1004？ 373X（2017）14？ 0128？ 04总结：电容式湿度传感器旨在更好地解决测量流动蒸汽湿度，同轴圆柱极性电容传感器结构及其中芯片技术所固有的低精度和难度容量转换PCap01用于检测容量值。用STM32微控制器测量的SPI通信数据处理结果。AD421用于将输出结果转换为标准的4~20 mA信号。验结果表明，在一定温度下输出电流与湿度湿度之间存在线性关系，当温度不变时，输出电流趋于稳定。键词：电容传感器多极化;湿度测量; PCap01;容量检测蒸汽水分的引入是测量蒸汽质量的重要参数，因为湿蒸汽的存在严重影响蒸汽轮机的安全性和经济性。蒸气存在主要两个问题与蒸汽涡轮机的操作中，首先，由蒸汽轮机或裂缝发生的叶片的蒸汽冷凝原因侵蚀产生的水滴，恒温阀芯第二是降低汽轮机的工作效率。此，湿蒸汽要及时测量，员工可能会获得合理的运行参数，尤其是是否有涡轮的安全经济运行构成威胁，并提供技术设计师优化汽轮机的设计。据。蒸气的测量很重要，但在这个阶段仍然没有精确的测量方法。前，蒸汽水分测量方法包括热力学方法，光学方法，示踪方法，超声方法，微波方法等。[1]。用的测量方法是热力学和光学方法[2]。管基于简单的措施的原理的热力学方法中，需要提取管线的样本，在采样过程将不可避免地导致错误，并且还破坏在管道采样点处的蒸汽。程有一个重要的错误;尽管光学方法提供高测量精度，但是可以执行非接触测量，但是仍然存在诸如高随机误差，低测量值和高测量成本的缺点。文设计的电容式湿度传感器采用充放电原理测量微容量[3]。容检测芯片的内部放电电阻器的放电时间由数字时间转换器记录，并且测量的传感器和参考电容的电容值为47pF。率是输出。于使用相同的放电电阻，因此避免了温度变化对测量结果的影响。轴圆柱形电容式传感器[4]可以直接连接到蒸汽管上，可以解决蒸汽水分不能在线精确测量，不影响蒸汽流量的问题。道。借功能强大的PCap01芯片，可以同时测量多极电容，极大地简化了外部测量电路。量PCap01芯片容量的结果通过SPI通信传输到ARM芯片以进行处理。果最终由AD421芯片转换为4-20 mA信号，用于二次仪器测量和工业控制。量测量原理物体之间容量的大小与其内部结构参数有关。过修改参数和改变对象之间的容量，测量检测。是容量法[5]的测量原理。据物理学的知识，物体之间的电容大小与电容器板的尺寸，形状，相互位置以及板之间的电介质的介电常数有关。
系是：其中：容量以pF为单位表示;是插入的电介质的介电常数，单位是F / m;是板间相互覆盖的区域，恒温阀芯单位为mm2;板之间的距离，单位是mm。该设计中，当水蒸汽穿过同轴圆筒状的电容传感器，所述蒸汽湿度变化导致的介电常数等效的变化，从而引起电容值的变化在所述电容式传感器，外部测量电路检测电容。值会发生变化并转换为易于识别的信号。量系统设计测量系统由多极电容传感器，电容测量系统和SPI通信单元组成，能够直接测量蒸汽的湿度。量系统的原理图如图1所示。
计的核心部分是发射器部分，它由电容测量电路和单片机组成。本文中，STM32F103系列的32位ARM MCU用于处理结果。系列MCU具有功能强大，功耗低的优点，经理提供的标准库文件可以非常简单地用于开发产品。量测量电路使用所述数字转换技术芯片电容器PCap01和périphériques.Capap01测量值的能力，能力传感器测试的每个极和在所述芯片的结果的寄存器保存它，然后通过SPI通信将测量结果发送到MCU。作和治疗。DATA管脚，CLOCK和AD421芯片的LATCH分别连接到MCU和MCU的操作的结果的PC13 PC15销被转移到AD421。AD421的精度为16位，是一款完整的数字转换器。A / D单元将湿度信息转换为标准的4-20 mA电流信号，用于仪表测量。极电容传感器设计由于水和水滴的蒸汽相对介电常数是在相同的温度和压力，当达到一定温度和压力下非常不同，蒸汽穿过传感器电容，相当于湿度的变化。电常数改变以引起电容值的变化。据这一原理，圆柱形多极同轴电容传感器[6]被设计本文中，在图中，参数在图2中呈现，并在表1中。容传感器由多个圆筒形的不锈钢板构成。的厚度小，可有效降低传感器的边缘效应。之间的距离尽可能小，这可以增加传感器的电容值。
蒸汽湿度测量过程中，传感器可以直接安装在蒸汽管道上，流过它的蒸汽将通过传感器，从而避免了由于采样不准确导致的测量误差。容器内部的四个极板的导体连接到PCap01芯片，最外面的极板用作接地。于加工条件的限制，该电容式传感器的初始容量值将相对faible.Pour增加传感器的初始电容值，两个不相邻的板通过子连接以形成并联形式的电容器。电容器并联连接时[6]，总电容表示如下：式中：湿蒸汽的等效介电常数，单位为F / m;是真空的介电常数，单位是F / m;圆筒状电极是有效长度，单位为毫米，板的总数，第（k 1）个圆柱形电极的内半径，单位是毫米，第k个圆筒状电极的外半径，单位是mm。板的壁的厚度被忽略时，电容器的总电容可以被表示为：从等式（3）可以看出的是，蒸汽的水分的等效介电常数与电容值成线性关系，并且可以通过测量电容值来获得湿度。确定等效介电常数[7]时，可以如下获得水分：其中：水蒸汽的水分;水滴密度，单位为kg / m3;水蒸气密度，单位为kg / m3;为湿蒸汽的等效相对介电常数，单位是F / m是蒸汽的等效相对介电常数，单位是F / m是相当于水的相对介电常数，所述单位是F / m。容测量电路设计本文采用ACAM公司生产的PCap01电容芯片转换技术芯片。有一个单芯片处理单元，测量范围从几种飞行方式到几百纳法，可轻松修改以满足各种应用的需求。容器[8]根据充电和时间décharge.La芯片提供四个放电电阻，10千瓦，30千瓦，90千瓦和180千瓦的原理来测量，适于将所述参考电容器从0到3的范围内，5 nF。此，在本文中，47 pF用作参考电容值，并选择30kΩ作为放电电阻。容器首先由电源充电，然后通过电阻器放电。
电时间由位于芯片内部的高精度TDC时间 – 数字转换器记录。测量过程将在每个传感器的极容量和参考容量上重复和交错。感器容量与参考容量的比率用作输出结果。系如下：其中：被测电容器的放电时间等于ms;参考电容的放电时间，以ms为单位;对于容量的测量，单位是pF;对于参考电容器，单位为pF。PCap01芯片支持接地电容模式和漂移电容模式。容器接地模式是指容量测量端口直接将待测电容器接地，漂移模式是指测量端口之间待测电容器的连接。移模式可以同时激活的内部和外部的寄生电容补偿，以及测量精度是用于测量所述芯片的值capacité.Les销PC0和PC1被连接到参考电容器supérieure.Le漂移模式47 pF，PC2~PC5。脚连接到电容传感器的相应板。片中的放电电阻选择为30kΩ。容测量电路的设计如图3所示。容式传感器测量的结果可通过SPI [9]或两者传输。
文选择SPI通信，将芯片的IIC_EN引脚连接到GND并激活SPI通信模式。SSN_PG0，SCK_SCL，MISO_PG1 MOSI_SDA并且分别连接到引脚PA4到MCU STM32并且测量容量的结果PA7被发送到MCU处理和计算使用该通信方法的SPI。上读取寄存器的内容完全由固件决定，只需根据自己的需要修改配置寄存器的参数就足够了。
本文中，测量数据被传输到STM32 MCU以使用SPI通信进行数据处理，并且可以测量与电容传感器的每个极对应的电容值。MCU芯片对待电路设计，并计算测量结果，这也形成了émetteur.Ce纸的主要部分选择32位高性能的ARM Cortex™M3微控制器，STM32F103C8T6。STM32F103系列微控制器内核可以工作在72 MHz，具有高速存储器和大量高质量外设。芯片高度集成，外部电路简单，提供官方高质量固件库。芯片可在-40至105°C的工业温度范围内工作，电源电压为2.0至3.6 V.MCU芯片包含三个16位定时器/计数器和三个A / D转换器。总共21个外部通道[9]。片内的DMA控制器具有12个独立的可配置通道，并且每个配置通道具有用于从一个或多个外部设备访问存储器的专用管理请求。个GPIO引脚都可以配置为输出，输入或其他模式。多数引脚与外部数字或模拟器件共用，所有GPIO引脚都可以传输大电流。片机电路如图4所示。
件设计水分测量程序的流程如图5所示。先，初始化微控制器，包括设置参数。SPI，初始化I / O端口，等等。后，复位信号经由SPI通信发送到PCap01芯片，复位功率芯片和配置寄存器和在PCap01提供的寄存器的设置上进行配置，使得PC0销~PC5处于测量状态。置完成后，开始容量测量，测量结果保存在PCap01芯片的内部结果寄存器中。后通过SPI通信将数据传输到STM32 MCU进行处理和计算，然后转换为湿度值。后，处理结果由AD421芯片转换为4-20 mA电流信号。实验实验中使用的圆柱形电容传感器由4个有效长度= 200mm的板组成。信息部第49部电子研究所开发的BSZ饱和盐水分发生器[10]用于模拟水蒸气的产生。产生的蒸汽中的水分为10％〜25％，温度为约25℃，常压下和在实验室中的固定温度25℃所测得的电流被测量时的水分交换。化，汲取电流湿气曲线，如在图6，在图6中，当前输出值逐渐产生的蒸汽的湿度增加，并且电流具有线性关系可以看出所示有水分。论是不可避免的发生是由于在测量过程中产生的湿蒸汽和工业现场，以及在传感器制造过程中，所述外部温度和压力之间的差的一些错误。于此阶段的水分校准不完善，因此工业领域需要进行新的实验。验结果表明，在一定的温度，湿度具有与电流输出作为所生成的水分变化。
水分的功能的线性关系是恒定的，电流趋于stable.The传感器这种设计的电容水分有助于测量水分。
本文转载自
恒温阀芯 https://www.wisdom-thermostats.com