課程設(shè)計(jì)---電容式濕度傳感器的應(yīng)用-文庫(kù)吧
2025-05-15 16:13 本頁(yè)面
【正文】 .............11 電容式傳感器的工作原理 電容式傳感器 是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種裝置，它本身就是一種可變電容器。由于這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，分辨率高，能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于位移、加速度、振動(dòng)、壓力、壓差、液位、等分含量等檢測(cè)領(lǐng)域。 這里主要介紹電容式傳感器的原理、結(jié)構(gòu)類型、測(cè)量電路及其工程應(yīng)用。當(dāng)被測(cè)量的變化使 S、 d 或 ε 任意一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量也隨 之而變，從而完成了由被測(cè)量到電容量的轉(zhuǎn)換。當(dāng)式中的三個(gè)參數(shù)中兩個(gè)固定，一個(gè)可變，使得 電容式傳感器 有三種基本類型：變極距型電容傳感器、變面積型電容傳感器和變介電常數(shù)型電容傳感器。電容式傳感器的測(cè)量電路就是將電容式傳感器看成一個(gè)電容并轉(zhuǎn)換成電壓或其他電量的電路。因此，常用的測(cè)量電路主要有橋式電路、調(diào)頻電路、脈沖寬度制電路、運(yùn)算放大器電路、二極管雙 T 形交流電橋和環(huán)行二極管充放電法等。調(diào)頻電路實(shí)際是把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路 的一部分 ,當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。雖然可將頻率作為測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，用以判斷被測(cè)非電量的大小，但此時(shí)系統(tǒng)是非線性的，不易校正，因此必須加入鑒頻器，將頻率的變化轉(zhuǎn)換為電壓振幅的變化，經(jīng)過(guò)放大就可以用儀器指示或記錄儀記錄下來(lái)。 調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有較高的靈敏度，可以測(cè)量高至 m 級(jí)位移變化量。信號(hào)的輸出頻率易于用數(shù)字儀器測(cè)量，并與計(jì)算機(jī)通信，抗干擾能力強(qiáng)，可以發(fā)送、接收以達(dá)到遙測(cè)遙控的目的。 因此，在實(shí)際應(yīng)用中，常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，既使靈敏度提高 1 倍，又使非線性誤差 大大降低，抗干擾能力增強(qiáng)。 電容式傳感器，顧名思義，指的是電容與傳感器的組合。它是傳感器的其中一種，因而也是由敏感元件、傳感元件、測(cè)量電路組成。所不同的是，它以各種類型的電容器為傳感元件，將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的變化，再經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率，以達(dá)到檢測(cè)或控制的目的。在過(guò)去，電容式傳感器主要應(yīng)用于位移、加速度、角度和振動(dòng)等機(jī)械量的精密測(cè)量；現(xiàn)在多用于壓力、壓差、液位、成份含量等方面的測(cè)量。電容式傳感器的特點(diǎn)是：測(cè)量范圍大；靈敏度高；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；小功率、高阻抗；機(jī)械損失??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性 強(qiáng)；但寄生電容影響大，而且變間隙式電容傳感器存在非線性誤差。電容式傳感器的分類也是多種多樣的，按工作原理可分為變間隙式（變極距型）、變面積式、變介電常數(shù)式（變介質(zhì)型）；按極板結(jié)構(gòu)分為平板式和圓柱式；按被測(cè)量分為位移、壓力、應(yīng)力、濕度、溫度等類型。 現(xiàn)在以平板電容器為例來(lái)說(shuō)明其工作原理。如圖 1所示。 圖 1平板電容器 其電容為： dSdAC r??? 0?? ,? 為極板間介質(zhì)介電函數(shù)， 0? 為真空介電常數(shù)，?? ? (pF/cm), r? 是介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)， dsC r ?? ? 。 當(dāng)即板間距離 d? （令 :△ d=x）后的電容為 )( 01 xdSC ?? ? 。)()( 00010 xdxCCCCC ????? 這是實(shí)際非線性關(guān)系。靈敏度)(1)( 00 xdxCCS n ???? ，當(dāng) x相對(duì)于 do很小時(shí)可以近似為 : 00 dxd ?? 時(shí)，00 dxCC ?? ，這是理想的線性關(guān)系。理想情況下 : 01dSn ? 非線性誤差：0001)( )()( dxd xdLCC LCCSCCe f ????? ???? 圖 2變極距型傳感器的特性曲線x M a b d N x 0 C 由上述可知，可以通過(guò)提高靈敏度和減小非線性誤差的方法來(lái)改善電容式傳感器的性能。但是影響電容式傳感器的因素很多，溫度、電容電場(chǎng)邊緣效應(yīng)和寄生或分布電容等等都會(huì)對(duì)電容式傳感器產(chǎn)生影響。 我們可以采取相應(yīng)的措施來(lái)減少這些影響，如增大初始電容和加裝等位環(huán)，靜電屏蔽，電纜驅(qū)動(dòng)等。 圖 3 運(yùn)算放大器式電路原理圖 圖 4 差動(dòng)式電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖 電
畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1