第三章電容式傳感器(文件)
【正文】 變化 。 第 3章 電容式傳感器 差動(dòng)式電容測厚傳感器 電容測厚傳感器是用來對(duì)金屬帶材在軋制過程中厚度的檢測 ， 其工作原理是在被測帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等 ， 與帶材距離相等的極板 ， 這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器C C2。 音 頻 信 號(hào) 發(fā) 生 器音 頻 放 大 器 全 波 整 流 器 差 動(dòng) 放 大 器C0C1C2RRCT。 第 3章 電容式傳感器 音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的音頻信號(hào) ， 接入變壓器 T的原邊線圈 ，變壓器副邊的兩個(gè)線圈作為測量電橋的兩臂 ， 電橋的另外兩橋臂由標(biāo)準(zhǔn)電容 C0和帶材與極板形成的被測電容 Cx(Cx=C1+C2)組成 。 此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化 ， 一個(gè)增加 ， 一個(gè)減小 ， 從而使 C C2產(chǎn)生大小相等 、 符號(hào)相反的增量 ， 此增量正比于被測加速度 。 圖中所示膜片為動(dòng)電極 ， 兩個(gè)在凹形玻璃上的金屬鍍層為固定電極 ， 構(gòu)成差動(dòng)電容器 。 第 3章 電容式傳感器 由電路知識(shí)可知 rxrxUUUnCRTUUUnCRT????222221111111將 T T2代入式得 12121 UCCCCUxxxxo ???第 3章 電容式傳感器 把平行板電容的公式代入上式，在變極板距離的情況下可得 式中 , d d2分別為 Cx Cx2極板間距離 。 0?Q1?Q第 3章 電容式傳感器 當(dāng)差動(dòng)電容 Cx1≠Cx2， 且 Cx1〉 Cx2， 則 τ1= R1 Cx1 〉 τ2= R2 Cx2 。 與此同時(shí) ， 因?yàn)? ， 電容器Cx2上已充電流通過 D2迅速放電至零電平 。 對(duì)于 1 kΩ的負(fù)載電阻上升時(shí)間為 20μs左右 ， 故可用來測量高速的機(jī)械運(yùn)動(dòng) 。 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 。 第 3章 電容式傳感器 若傳感器輸入不為 0， 則 C1≠C2, I1≠I2, 此時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)通過 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 )()()2()]()([1212210CCfURRRRRRd t RtitiTRIUiLLLLTLLo???????? ???式中 , f為電源頻率。 U? 當(dāng)傳感器沒有輸入時(shí) ， C1=C2。 當(dāng)被測信號(hào)為 0時(shí) ， ΔC=0， 則 C=C1+C2+C0， 所以振蕩器有一個(gè)固有頻率 f0, 其表示式為 LCCCf )(210210 ??? ?第 3章 電容式傳感器 當(dāng)被測信號(hào)不為 0時(shí)， ΔC≠0， 振蕩器頻率有相應(yīng)變化， 此時(shí)頻率為 ffLCCCCf ??????? 0021 )(21?? 調(diào)頻電容傳感器測量電路具有較高的靈敏度 ， 可以測量高至 。 第 3章 電容式傳感器 第三節(jié) 電容式傳感器的測量電路 一、調(diào)頻電路 二、運(yùn)算放大器式電路 三、二極管雙 T型交流電橋 四、脈沖寬度調(diào)制電路 第 3章 電容式傳感器 一、調(diào)頻電路 鑒 頻 器限 幅 放 大 器振 蕩 器Cx LCx電 容 變 換 器? f? u ? f ? u 調(diào)頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分 , 當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí) ， 振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化 。 如果兩極板之間的漏電組與此容抗相接近時(shí) ， 就必須考慮分路作用對(duì)系統(tǒng)靈敏度的影響 。因此若某些介質(zhì)的介電常數(shù)也存在溫度系數(shù) ， 當(dāng)溫度改變時(shí) ， 就必然會(huì)引起傳感器的電容值改變 ，從而造成溫度附加誤差 。 減小導(dǎo)線間的分布電容的靜電感應(yīng)，因此導(dǎo)線與導(dǎo)線之間遠(yuǎn)離，距離盡可能短，最好成直角排列，必須平行排列時(shí)可采用屏蔽電纜線。另外，不同接地點(diǎn)所產(chǎn)生的接地電壓差也是一種干擾信號(hào)，同樣會(huì)引起誤差和故障。 （ 4） 采用 “ 驅(qū)動(dòng)電纜 ” (雙層屏蔽等位傳輸 )技術(shù) :傳感器與測量電路前置級(jí)間的引線為雙屏蔽層電纜 . （ 5） 整體屏蔽法 :將電容式傳感器和所采用的轉(zhuǎn)換電路 、 傳輸電纜等用同一個(gè)屏蔽殼屏蔽起來 ， 正確選取接地點(diǎn)可減小寄生電容的影響和防止外界的干擾 。由于電容傳感器很小，其電容量多為幾皮法至十幾皮法，屬于小功率、高阻抗器件，極易受外界干擾，尤其是易受大于它幾倍、幾十倍且具有隨機(jī)性的干擾電容的影響，且這些干擾電容與傳感器電容并聯(lián)，嚴(yán)重影響傳感器的輸出特性，甚至淹沒傳感器有用電容而使之無法工作。 第 3章 電容式傳感器 ? ?rhtt thdAC???????1101則 由于溫度變化而引起的電容量的相對(duì)誤差為： tttt dddCCC ???? 000?式中 時(shí)的電容量為傳感器在溫度為時(shí)的電容量；為傳感器在溫度tCtCt00第 3章 電容式傳感器 整理得： ? ?? ? thhLdtLhhhhLLhht ????????221102211???????為了消除溫度誤差，必須設(shè)法使 ， 即使上式的分子為零即可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償： 0?t?02211 ??? Lhh Lhh ???由于設(shè)計(jì)傳感器時(shí)尺寸的靈活性大，故用 210 hhdL ???帶入上式得： ? ? 02102211 ????? Lhh hhdhh ???第 3章 電容式傳感器 經(jīng)整理得 ： 02102211 ????? hhdhhLhLh????則 ???????????????????? 11 22110LhLh hhd????0d 21 hhL ??? ，在設(shè)計(jì)電容傳感器時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)合理的初始電容量決定間隙 ，然后根據(jù)材料的線膨脹系數(shù) 選擇材料的 合適尺寸，滿足溫度補(bǔ)償條件的要求，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩? 第 3章 電容式傳感器 第二節(jié) 誤差的因素及改進(jìn)措施 一 、溫度對(duì)電容器結(jié)構(gòu)尺寸的影響 二、寄生電容
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