[工學(xué)]4、電容式傳感器-文庫(kù)吧
2025-01-04 10:45 本頁(yè)面
【正文】 －外電極板內(nèi)徑（ m） 。 hx－液面高度（ m 可見(jiàn)，輸出電容 C與液面高度 x 成線性關(guān)系。 液面高度 0 1 02 1 2 12 2 ( )l n ( ) l n ( )xhhCr r r r? ? ? ? ???＝哈爾濱工業(yè)大學(xué) 類(lèi)型 2： 第四章 電容式傳感器 δ d 面積 S 氣隙 0r? ? ???當(dāng)某種介質(zhì)在兩固定極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容輸出與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系為： d — 運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的厚度 可見(jiàn)： ①若厚度 d 保持不變，介電常數(shù) εr 改變（如濕度變化），可做成濕度傳感器； ②若 εr不變，可做成測(cè)厚傳感器 0SCdd???? ??哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 167。 42 電容式傳感器的測(cè)量電路 測(cè)量線路是電容傳感器的一個(gè)重要組成部分，其主要作用為： ① 給電極提供一個(gè)合適的激勵(lì)源，以便在形成的電場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)能量變換； ② 檢測(cè)出電場(chǎng)能量的變化，形成可供實(shí)用的電信號(hào)； ③ 在可能條件下，實(shí)現(xiàn)傳感器特性的線性化處理與信號(hào)變換。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 電容傳感器等效電路 C0為傳感器電容， Rg為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗， r為高頻、高溫、高頻激勵(lì)工作時(shí)的串聯(lián)損耗電阻，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻； L為電容器及引線電感； CP為寄生電容克服其影響是提高電容傳感器實(shí)用性能的關(guān)鍵之一。 LrCoCpRg完整等效電路 Ce= Co+ CpRe= Rg低頻等效電路 高頻等效電路 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 一、交流電橋電路 V Z1 Z2 Z3 Z4 ? △ V ? 為使橋路平衡，在四個(gè)橋臂上必須接入兩個(gè)電容（一個(gè)單極電容傳感器和一個(gè)固定電容，或接入差動(dòng)電容傳感器）。另外兩個(gè)橋臂接入其他阻抗元件，如：兩個(gè)電阻、兩個(gè)電感或是兩個(gè)電容。當(dāng)橋臂上接入不同的阻抗元件時(shí)，電路的靈敏度不同，一般有 、 1，輸出信號(hào)相移有 0176。 、 177。 90176。 、 177。 180176。 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 電路的主要特 點(diǎn)： ① 必須接成差動(dòng)形式使用； ② 電橋的交流激勵(lì)源的幅值和頻率 要穩(wěn)定； ③ 要求后續(xù)電路輸入阻抗無(wú)限大。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 上文回顧 ? 電感式傳感器 ?感應(yīng)同步器 ?原理 ?信號(hào)處理方法 ? 電容傳感器 ?原理 ?測(cè)量電路 交流電橋 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 供電是高頻電源 ， 它提供了幅值為 177。 UE的對(duì)稱(chēng)方波 ，VD VD2為特性完全相同的兩只二極管 ， 固定電阻R1=R2=R， C C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容 。 二、二極管雙 T形電橋電路 VD 2VD 1177。 UEC1C2ABR2R1RLUo+第四章 電容式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 R2RL+R1+I2C1C2UE當(dāng)傳感器沒(méi)有輸入時(shí)， C1=C2。 正半周等效電路： R2RLR1+I2C21?LELR URR二端口網(wǎng)絡(luò) 根據(jù)一階電路的三要素法分析 22 2 20211T LC C ELRRI i d t U CT T R R?????Q： 等效前后流經(jīng)RL的電流是否等效 ? 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 若 C1≠C2, I1≠I(mǎi)2, 此時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò) RL上的平均電流不為零 ， 因此產(chǎn)生輸出電壓 ， 輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)平均值為 12()Lo C CLRRU I IRR???輸出電壓 Uo不僅與電源電壓幅值和頻率有關(guān)，而且與 T形網(wǎng)絡(luò)中的電容 C1和 C2的差值有關(guān)。當(dāng)電源電壓確定后，輸出電壓 Uo是電容 C1和 C2的函數(shù)。 第四章 電容式傳感器 21 1 10211T LC C ELRRI i d t U CT T R R?????負(fù)半周同理可得： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電路特點(diǎn)： 線路簡(jiǎn)單 ， 可全部放在探頭內(nèi) ， 減小了分布電容的影響 。 電路的靈敏度與電源電壓幅值和頻率有關(guān) ， 故輸入電源要求穩(wěn)定 。 當(dāng) U幅值較高 ， 使二極管 VD VD2工作在線性區(qū)域時(shí) ， 測(cè)量的非線性誤差很小 。 電路的輸出阻抗與電容 C C2無(wú)關(guān) ， 而僅與 R R2及 RL有關(guān) ， 約為 1~100kΩ。 克服了電容傳感器高內(nèi)阻的缺點(diǎn) 。 第四章 電容式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 三、差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路 差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路利用 對(duì)傳感器電容的充放電 使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化。其基本出發(fā)點(diǎn)是構(gòu)成一個(gè)頻率穩(wěn)定的
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