第四章電容式傳感器-wenkub
2022-11-04 13:40:01 本頁面
【正文】 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。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 。 180176。當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?？梢娫趯嶋H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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 167。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 ① 欲提高靈敏度，應(yīng)減小間隙 δ，但受電容器擊 穿電壓的限制； ② 非線性隨相對位移的增加而增加，為保證一 定的線性度，應(yīng)限制動極板的相對位移量。 ε1－液體介質(zhì)介電常數(shù)； ε0－空氣中介電常數(shù)（ F/m）； h－電極板總長度（ m）； r－內(nèi)電極板外徑（ m）； R－外電極板內(nèi)徑（ m）； x－液面高度（ m）。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 可見變面積式電容傳感器輸出是線性的，靈敏度為一常數(shù)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) ? 分類示意圖 c) 介質(zhì)變化型 b)面積變化型 :角位移型 ,平面線位移型 ,柱面線位移型 . + + + + + + a) 極距變化型 。它的基本工作原理是基于物體間的電容量及其結(jié)構(gòu)的參數(shù)之間的關(guān)系。 167。 + + + 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、變面積型電容傳感器 b a δ Δx 設(shè)兩矩形極板間覆蓋面積為 S，當動極板移動 △ X，則面積 S發(fā)生變化，電容量也改變。 ① 增大初始電容 C0可以提高傳感器的靈敏度； ② 極板寬度 a的大小不影響靈敏度，但不能太 小，否則邊緣電場影響增大，非線性將增大； ③ △ X變化不能太大，否則邊緣效應(yīng)會使傳感器 特性產(chǎn)生非線性變化。 可見，輸出電容 C與液面高度 x 成線性關(guān)系。 ③為改善非線性，可以采用差動式。 42 電容式傳感器的測量電路 測量線路是電容傳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。在這種情況下，每當改變激勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進行標定。 、 177。 。 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 。 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行噴鍍金或銀的工藝。動態(tài)響應(yīng)好。 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。這一點對于空間隙電容式傳感器來說更顯重要，因為初始間隙都很小，約幾十微米至幾百微米之間。或極板直接在陶瓷、石英等絕緣材料上蒸鍍一層金屬膜來代替。 這種溫度誤差可用后接的測量線路進行一定的補償，而完全消除是困難的。 當考慮電場的邊緣效應(yīng)時，情況要復(fù)雜的多，邊緣效應(yīng)的影響 相當于傳感器并聯(lián)一個附加電容 ， 引起了傳感器靈敏度下降和非線性增加 。而發(fā)散的邊緣電場發(fā)生在等位環(huán)的外周不影響工作。同時放大器的高輸入阻抗又起到阻抗匹配的作用。當傳感器測量垂直方向上的直線加速度時，質(zhì)量塊在絕對空間中相對靜止，而兩個固定電極將相對質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，此位移大小正比于被測加速度，使 c1， c2中一個增大，一個減小。此類電子秤，對接觸面無要求，總誤差較小。但
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