[工學(xué)]4、電容式傳感器-全文預(yù)覽
【正文】 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，可做成測厚傳感器 0SCdd???? ??哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 167。 （因為以上的推導(dǎo)是在忽略邊緣效應(yīng)的情況下進行的）。 0.( ) .b a x bC C x??????? ? ? ?0bC C C x??? ? ? ? ? ? ?靈敏度： （主要用來測直線位移、角位移和尺寸等參數(shù)） 0()gCCbkxa???? ? ? ??哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 平板結(jié)構(gòu)對極距變化特別敏感，測量精度受到影響。 ????0CC?????230 1gCCk ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ???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。 如果保持其中的兩個參數(shù)不變 ， 而僅改變另一個參數(shù) ， 就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化 。哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 第四章 電容式傳感器 電容式傳感器是將被測參數(shù)變換成電容量的測量裝置。 41 電容式傳感器的工作原理 工作原理：將被測量轉(zhuǎn)化為電容量的變化實現(xiàn)測量 實質(zhì)上相當于具有可變參數(shù)的電容器 應(yīng)用范圍 :位移、壓力、加速度、液位、成份含量等測量 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 兩平行極板組成的電容器 ,當忽略邊緣效應(yīng)時，它的電容量為 : + + + δ S ? 當被測量 δ、 S或 ε發(fā)生變化時 ， 都會引起電容的變化 。 0 0 0( 1 ) ( )ssC C C C C? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?第四章 電容式傳感器 一、變極板間距型電容傳感器 定義：靜態(tài)靈敏度 gCk????0 11C? ? ????哈爾濱工業(yè)大學(xué) 當 時 第四章 電容式傳感器 時，展開為級數(shù)形式 1??? ，忽略高次項 1??? 上式表明，在 條件下，電容的變化與極板間距變化量近似是線性關(guān)系。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 二、變面積型電容傳感器 b a δ Δx 平面線位移型： 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 b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。 hx－液面高度（ m 可見，輸出電容 C與液面高度 x 成線性關(guān)系。 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）。 90176。 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。 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當傳感器沒有輸入時， C1=C2。 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。 第四章 電容式傳感器 111 1 2 2111 , 1xxrrUUT R C n T R C nU U U U?? ??12121 UCCCCUxxxxo ???哈爾濱工業(yè)大學(xué) 把平行板電容的公式代入上在變極板距離的情況下可得 21112oUU???????式中 , 分別為 Cx Cx2極板間
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