醫(yī)學(xué)]第四章 電容式傳感器-文庫吧
2025-12-06 03:17 本頁面
【正文】 ()L x b d CxbC C C C xd dd d d d L? ? ???????? ? ? ? ??? ?（1 0 1 01 0 0 1()()dCCkx d d L?????????00001S LbCd d d?????S L b??無介質(zhì) ε1時(shí)的電容為： 平行板面積為： 插入介質(zhì) ε1時(shí)的電容器等效為右圖，電容和靈敏度分別為： （ C與 x與線性關(guān)系） 10212 ( ) / l n ( / )2 / l n ( / )C H h R rC h R r???????0 1 0122 2 ( )l n ( / ) l n ( / )HC C K BR r R rC h h? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?圓筒式液位傳感器： 由兩個(gè)同軸圓筒狀電極板構(gòu)成。電容器高 H，內(nèi)筒外徑 r,外筒內(nèi)徑 R，液面高度 h，液體和氣體的介電常數(shù)分別為 ε ε0. 002 / l n( / )C H R r???無液體時(shí)的電容： 有液體時(shí)： 電容器的電容 C與液面高度 h成線性關(guān)系，可用此方便地測(cè)量或監(jiān)控液面的高度。 儲(chǔ)存罐 R1 傳感器 [P47例 41] 置于某儲(chǔ)存罐的 電容式液位傳感器 由半徑為 20mm和 4mm的兩個(gè)同心圓柱體組成，并與儲(chǔ)存罐等高。儲(chǔ)存罐也是圓柱形，半徑為 25cm，高為，被儲(chǔ)存液體的 εr=。試計(jì)算傳感器的最小電容和最大電容以及傳感器用在該儲(chǔ)存罐內(nèi)時(shí)的靈敏度。 解： 12120m i n 332 2 3 . 1 4 8 . 8 5 1 0 1 . 2 4 1 . 5 1 0 ( ) 4 1 . 5l n ( / ) l n ( 2 0 1 0 / 4 1 0 )HC F p FRr?? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ???12121m a x 332 2 3 . 1 4 8 . 8 5 1 0 2 . 1 1 . 2 8 7 . 1 1 0 ( ) 8 7 . 1l n ( / ) l n ( 2 0 1 0 / 4 1 0 )HC F p FRr?? ? ???? ? ? ? ?? ? ? ? ???2 2 2 4 3( 2 5 1 0 ) 3 .1 4 1 .2 2 3 5 5 1 0 ( ) 2 3 5 .5V R H m L? ??? ? ? ? ? ? ? ?罐m a x m in 8 7 . 1 4 1 . 5 0 . 1 9 /2 3 5 . 5C C p F p Fk p F LVL??? ? ?第二節(jié) 電容式傳感器的測(cè)量電路 主要有三大類型： ? 調(diào)幅： 用被測(cè)量調(diào)制測(cè)量電路中輸出量幅度的電路。最基本且最具有代表性的就是交流電橋測(cè)量電路。 ? 調(diào)頻： 用被測(cè)量調(diào)制測(cè)量電路中輸出量頻率的電路。 ? 脈沖： 用被測(cè)量調(diào)制測(cè)量電路中脈沖輸出量的電路。 一、調(diào)幅測(cè)量電路 交流電橋： （ 1） 電路介紹： Z1為電容傳感器， Z Z Z4為固定阻抗，Us為電源電壓（設(shè)內(nèi)阻為 0）， U0為電橋輸出電壓。因?yàn)橐话汶姌蜉敵龆硕冀尤脒\(yùn)放，所以可視其輸出端為開路。 ? 電橋初始處于平衡狀態(tài)，且輸出端開路，有 Z1Z4=Z2Z3，輸出為 0； ? 當(dāng)被測(cè)量變化時(shí)，引起 Z1的變化，輸出電壓為： 3101 2 3 4() sZZZUUZ Z Z Z Z????? ? ? ?3101 2 3 41 1 221221()( / ) ( / )( 1 / )( 1 )ssssZZZUUZ Z Z Z ZZ Z Z ZZZnZKnZUUU ????????? ? ? ????????設(shè)電橋初始為平衡（ Z1Z4=Z2Z3） ，且△ ZZ1， 則 2(1 )nKn? ?稱為電橋的橋臂系數(shù) 1= ZZ? ?稱為傳感器阻抗相對(duì)變化率 n=Z1/Z2 稱為 橋臂比 ， β是一個(gè)實(shí)數(shù)，且 與△ C近似呈線性關(guān)系。 111()1/Z C Cj C j C CZ j C C C C?????? ? ???? ? ? ???/1ZZ? ?? 傳感器阻抗相對(duì)變化率 （ 1） 121 2 1 2// j j jn Z Z Z e Z e ae? ? ?? ? ?12/a Z Z?12? ? ???1 / 2 3 / 4n Z Z Z Z?? 橋臂比 （ 2） 222( 1 ) s ina r c ta n ( , )2 ( 1 ) c o sa faaa?????????2 ( , )( 1 )jnK K e f an? ?? ? ??橋臂系數(shù)（是一復(fù)數(shù)） （ 3） 12 ( , )1 2 c o saK f aaa ??????（ n是一個(gè)復(fù)數(shù)，是信號(hào)頻率的函數(shù)） （ 2） 電橋性能分析： 圖 a示出了對(duì)于不同的 θ， │K│與 a的關(guān)系曲線。 12/jn Z Z a e ???jK K e ?? 為最大值 ① 當(dāng) a=1， KmKmK 又隨 θ而變化 圖 a ② 1 2( , ) 1 2 c o saK f aaa? ??? ??當(dāng) a=1時(shí)，若 θ=0，
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