第四章電容式傳感器-文庫吧
2025-09-20 13:40 本頁面
【正文】 感器的一個重要組成部分，其主要作用為： ① 給電極提供一個合適的激勵源，以便在形成的電場中實現(xiàn)能量變換； ② 檢測出電場能量的變化，形成可供實用的電信號； ③ 在可能條件下，實現(xiàn)傳感器特性的線性化處理與信號變換。 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 圖中 C為傳感器電容， RP為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗， Rs為高頻、高溫、高頻激勵工作時的串聯(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用性能的關(guān)鍵之一。下面專門討論。可見在實際應(yīng)用中，特別在高頻激勵時，尤需要考慮 L的存在，會使傳感器有效電容改變，從而引起傳感器有效靈敏度的改變。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。 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 ? 將電容傳感器接入電橋的一個臂，不平衡電橋輸出： 為使橋路平衡，在四個橋臂上必須接入兩個電容（一個單極電容傳感器和一個固定電容，或接入差動電容傳感器）。另外兩個橋臂接入其他阻抗元件，如：兩個電阻、兩個電感或是兩個電容。當(dāng)橋臂上接入不同的阻抗元件時，電路的靈敏度不同，一般有 、 、 ，輸出信號相移有 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： ① 必須接成差動形式使用； ② 電橋的交流激勵源的幅值和頻率 要穩(wěn)定； ③ 要求后續(xù)電路輸入阻抗無限大。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 二、差動脈沖寬度調(diào)制電路 差動脈沖調(diào)寬電路利用 對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)點是構(gòu)成一個頻率穩(wěn)定的方波發(fā)生器，以電容變化來調(diào)節(jié)占空比，由此 引起平均直流分量的變化 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 雙穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器 R2 A1 A2 VD2 VD1 R1 uAB C2 C1 Q Q A G B F UR 比較器 循環(huán)工作 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 U0平均值為零 U0平均值不為零 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 設(shè) R1=R2 與電容差值成正比 第四章 電容式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 三、運(yùn)算放大器式電路 這種線路的最大特點是從原理上克服單個變間隙電容式傳感器的非線性，使 輸出與輸入動極板位移成線性關(guān)系 。 第四章 電容式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 反相放大電路 反饋元件是傳感器電容 Cx C是固定電容 電源電壓 u 理想運(yùn)放 將 代入 輸出電壓與電容極板間距成線性關(guān)系，從原理上保證了變極距型電容傳感器的線性。 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 167。 43 影響電容式傳感器精度的因素 及提高精度的措施 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 ? 電容傳感器的特點 優(yōu)點 : 溫度穩(wěn)定性好：自身發(fā)熱極小，電容值與電極材料無關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低材料。 如電極的支架選用陶瓷材料，電極材料選用鐵鎳合金，近年來又采用在陶瓷或石英上進(jìn)行噴鍍金或銀的工藝。 結(jié)構(gòu)簡單 ,適應(yīng)性強(qiáng)：可以做的非常小巧。能在高溫，低溫，強(qiáng)輻射，強(qiáng)磁場等惡劣環(huán)境中工作。 動態(tài)響應(yīng)好：可動部分可以做的很輕，很薄，固有頻率能做的很高。動態(tài)響應(yīng)好?？蓽y量振動、瞬時壓力等。 可以實現(xiàn)非接觸測量 ,具有平均效應(yīng)：非接觸測量回轉(zhuǎn)工件的偏心、振動等參數(shù)時，由于電容具有平均效應(yīng)，可以減小表面粗糙度對測量的影響。 耗能低 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 缺點 : 輸出阻抗高，負(fù)載能力差：電容值一般為幾十到幾百皮法，輸出阻抗很大，易受外界的干擾，對絕緣部分的要求較高（幾十兆歐以上）。 寄生電容影響大：由于電容傳感器起的初始電容值一般較小，而連接傳感器的引線電纜電容（ 1~2m導(dǎo)線可達(dá)到 800pF），電子線路雜散電容以及周圍導(dǎo)體的“寄生電容”卻較大。這些電容一般是隨機(jī)變化的，將使儀器工作不穩(wěn)定，影響測量精度。因此，在設(shè)計和制作時要采取必要的有效的措施減小寄生電容的影響。 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 一、溫度對電容式傳感器的影響 ? 環(huán)境溫度的改變將引起電容式變換器各零件幾何尺寸的改變，從
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