第三章電容式傳感器-wenkub
2022-08-17 05:29:20 本頁面
【正文】 0|1時，上式可按級數(shù)展開，可得 ? ?113020000 ????????????????? ?????????? ????????ddddddddCC第 3章 電容式傳感器 由上式可見 ， 輸出電容的相對變化量 ΔC/C0與輸入位移 Δd之間成非線性關(guān)系 ， 當(dāng) |Δd/d0|1時可略去高次項 ， 得到近似的線性關(guān)系 ， 如下式所示： 00 ddCC ??? 00 1/ddCCK ????它說明了單位輸入位移所引起的輸出電容相對變化的大小與 d0呈反比關(guān)系。 第 3章 電容式傳感器 變介質(zhì)型電容式傳感器 lad1?1?2d2CACB(1) 常用變介質(zhì)型 BA CCC ??11221??ddbaC A ??? ?1211?ddalbC B???2110 ddblC?? ?212121001????????ddlaCCC第 3章 電容式傳感器 (2) 并聯(lián)柱面結(jié)構(gòu) DdHh??1用于測量液位高低。 第 3章 電容式傳感器 變面積型電容傳感器 bxadA（ 1）直線位移型 被測量通過動極板移動引起兩極板有效覆蓋面積 A改變 ， 從而得到電容量的變化 。 因此有了云母片 ， 極板間起始距離可大大減小 。 第 3章 電容式傳感器 由 C0式可以看出，在 d0較小時，對于同樣的 Δd變化所引起的ΔC可以增大，從而使傳感器靈敏度提高。 第 3章 電容式傳感器 當(dāng)被測參數(shù)變化使得上式中的 A、 d或 ε發(fā)生變化時， 電容量 C也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)， 就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。但 d0過小，容易引起電容器擊穿或短路。 同時 ， 上式中的 dg/ε0εg項是恒定值 ， 它能使傳感器的輸出特性的線性度得到改善 。 當(dāng)動極板相對于定極板沿長度方向平移 x時 ， 則電容為 ?????? ??????axCdbxaC 1)(0?axCC ???0電容量 C與水平位移 Δx呈線性關(guān)系。設(shè)被測介質(zhì)的介電常數(shù)為 ε 1，液面高度為 h, 變換器總高度為 H，內(nèi)筒外徑為 d，外筒內(nèi)徑為 D。 第 3章 電容式傳感器 如果考慮（ 1）式中的線性項與二次項， 則 ???????? ?????0001 d dd dC C由此可得出傳感器的相對非線性誤差 r為 %100%100|/| )/(0020 ???????ddddddr可以看出：差動式傳感器的非線性誤差比單一電容傳感器的非線性誤差大大降低了 。 電感 L由電容器本身的電感和外部引線電感組成 。 傳感元件的有效電容 Ce可由下式求得 (為了計算方便 ， 忽略Rs和 Rp): ???????????????????????2222222)1()1(1111LCCLCCLCLCCCLCCCCjLjCjeee????????第 3章 電容式傳感器 在這種情況下，電容的實際相對變化量為 LCCCCCee21/????? 表明電容式傳感器的實際相對變化量與傳感器的固有電感 L和角頻率 ω有關(guān) 。 以變極距型電容傳感器為例 ， 對溫度誤差進(jìn)行分析 。而電容傳感器引線電纜引起的電容稱為分布電容 (l～ 2m導(dǎo)線可達(dá) 800pF) 。因此，消滅干擾電容的影響是電容式傳感器使用的關(guān)鍵。 一般電容值變化在 103— 103 pF范圍內(nèi) ， 相對值變化在 106— 1范圍內(nèi) 。用良導(dǎo)體作傳感器殼體，將傳感器元件包圍起來，并可靠接地；用金屬網(wǎng)套住導(dǎo)線彼此絕緣（即屏蔽電纜），金屬網(wǎng)可靠接地；用雙層屏蔽線可靠接地；用雙層屏蔽罩且可靠接地；傳感器與測量電路前置級一起裝在較好的屏蔽殼體內(nèi)并可靠接地等等。 盡量采用差動式電容傳感器，可提高傳感器靈敏度，減小非線性誤差。 但要完全補(bǔ)償是困難的 。 因此應(yīng)選用絕緣性能很好的陶瓷 、 石英 、 聚四氟乙烯等材料作為兩極板之間的支架 ， 可大大提高兩極板之間的漏電組 。 第 3章 電容式傳感器 調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為 LCf ?21?式中： L——振蕩回路的電感； C——振蕩回路的總電容 ， C=C1+C2+Cx， 其中 C1為振蕩回路固有電容 , C2為傳感器引線分布電容 , Cx=C0177。 第 3章 電容式傳感器 二、運算放大器式電路 iU?iI? xI?CxoU?ACiiii CjIU????xiio CCUU ?? ??xxCjIU????0xi II ?? ??第 3章 電容式傳感器 如果傳感器是一只平板電容，則 Cx=εA/d，代入上式可得 dACUU iio ??? ??說明運算放大器的輸出電壓與極板間距離 d成線性關(guān)系。 當(dāng)輸入為負(fù)半周時 ， D2導(dǎo)通 、 D1截止 ， 則電容 C2充電 ， 在隨后出現(xiàn)正半周時 ， C2通過電阻 R2， 負(fù)載電阻 RL放電 ， 流過 RL的電流為 I2 。 當(dāng)電源電壓確定后 ， 輸出電壓 Uo是電容 C1和 C2的函數(shù) 。電路的輸出阻抗與電容 C C2無關(guān) ， 而僅與 R R2及 RL有關(guān) ，約為 1~100kΩ。 電阻 R1= R2， A A2為比較器 。 重復(fù)上述過程 。 電路各點波形如圖 （ b） 所示 ， 此時 uA、 uB脈沖寬度不再相等 ， 一個周期 (T1+T2)時間內(nèi)的平均電壓值不為零 。 12121 UAAAAUo ???式中 , A A2分別為 Cx Cx2極板間面積 。 該電容值的變化經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成與壓力或壓力差相對應(yīng)的電流或電壓的
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