[工學(xué)]4、電容式傳感器(完整版)
【正文】 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 . + + + + + + 第四章 電容式傳感器 a) 極距變化型 。 167。 0 . 0 2 ~ 0 . 1? ?? ?δ δ C1 C2 動(dòng)極板上移 Δδ ，則 C1增大，C2減小，差動(dòng)電容器輸出： 12C C C? ? ? 差動(dòng)式變極距的電容傳感器靈敏度提高一倍，非線性誤差減小。 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(zhǎng)度（ m）； r1－內(nèi)電極板外徑（ m）； r2－外電極板內(nèi)徑（ m） 。 、 177。 二、二極管雙 T形電橋電路 VD 2VD 1177。 克服了電容傳感器高內(nèi)阻的缺點(diǎn) 。 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 uCCuCj Cjuxx ????)/(1)/(10 ??將 ?? /SC x ?代入 ??SuCu ??0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。能在高溫，低溫，強(qiáng)輻射，強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境中工作。因此，在設(shè)計(jì)和制作時(shí)要采取必要的有效的措施減小寄生電容的影響。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 ? 溫度變化對(duì)介質(zhì)介電常數(shù)的影響 使傳感器電容改變，帶來溫度誤差。 ② 在結(jié)構(gòu)上增設(shè)等位環(huán)來消除邊緣效應(yīng)。 與傳感器電容相并聯(lián)的為等效電容 CP /（ 1+A） ⑥ .整體屏蔽 C1 C2 CP1 CP2 Z1 Z2 A A uo C Cx ∑ ～ 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 四、 防止和減小外界干擾 第四章 電容式傳感器 ? 注意傳感器的接地和屏蔽 ? 增加原始電容值，降低容抗 ? 導(dǎo)線分布合理 ? 盡可能一點(diǎn)接地 ? 盡量采用差動(dòng)式電容傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 上文回顧 ? 電容式傳感器 ?測(cè)量電路 ?特點(diǎn) 差動(dòng)脈寬調(diào)制電路 運(yùn)放式電路 調(diào)頻電路 優(yōu)缺點(diǎn) 邊緣效應(yīng)的影響及消除 寄生電容的影響及消除 二極管雙 T形電路 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 167。不僅可作液位控制器，還能用于連續(xù)測(cè)量。 167。絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量相互轉(zhuǎn)換。 透射式 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 數(shù)顯卡尺 公 /英制轉(zhuǎn)換 , 任意位置置零。其工作電壓為 ～ ，加速度測(cè)量范圍為數(shù)個(gè) g，可輸出與加速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的 PWM 脈沖。 CH 相當(dāng)于當(dāng)前膜片位置與平直位置間的電容 CA和 C0的串聯(lián)；而 C0又可看成是膜片上部電容 CL與的 CA串聯(lián)。而發(fā)散的邊緣電場(chǎng)發(fā)生在等位環(huán)的外周不影響工作。 這種溫度誤差可用后接的測(cè)量線路進(jìn)行一定的補(bǔ)償，而完全消除是困難的。這一點(diǎn)對(duì)于空間隙電容式傳感器來說更顯重要，因?yàn)槌跏奸g隙都很小，約幾十微米至幾百微米之間。動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。 鑒 頻限 幅調(diào) 頻 振蕩 器Cx電 容傳 感 器放 大式中： 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。其基本出發(fā)點(diǎn)是構(gòu)成一個(gè)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 。 正半周等效電路： R2RLR1+I2C21?LELR URR二端口網(wǎng)絡(luò) 根據(jù)一階電路的三要素法分析 22 2 20211T LC C ELRRI i d t U CT T R R?????Q： 等效前后流經(jīng)RL的電流是否等效 ? 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 若 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 12()Lo C CLRRU I IRR???輸出電壓 Uo不僅與電源電壓幅值和頻率有關(guān)，而且與 T形網(wǎng)絡(luò)中的電容 C1和 C2的差值有關(guān)。 、 177。 液面高度 0 1 02 1 2 12 2 ( )l n ( ) l n ( )xhhCr r r r? ? ? ? ???＝哈爾濱工業(yè)大學(xué) 類型 2： 第四章 電容式傳感器 δ d 面積 S 氣隙 0r? ? ???當(dāng)某種介質(zhì)在兩固定極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容輸出與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系為： d — 運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的厚度 可見： 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(cè)厚傳感器 0SCdd???? ??哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器
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