課程設計---電容式濕度傳感器的應用(編輯修改稿)
2024-07-10 16:13 本頁面
【文章內容簡介】 容式傳感器的運放測量電路原理圖如圖 13 所示，圖中 Cx 為電容式傳感器電容； Ui 是交流電源電壓 。Uo 是輸出信號電壓 。 Σ是虛地點。（傳感器為平板電容，Cx=ε S/d）由運算放大器工 作原理可得 dSCUU io ??? ?? 此式說明運算放大器的輸出電壓與極板間距離 d 成線性關系。 電容式傳感器的應用比較廣，主要用于測量位移、壓力、速度、介質、濃度、物位等物理量。相應地，產生了很多類型的電容式傳感器，如電容式位移傳感器、電容式壓力傳感器、電容式加速度傳感器、電容式液位傳感器等等。 現(xiàn)以電容壓力傳感器為例說明其應用。如圖 14 中所示膜片為動電極，兩個在凹形玻璃上的金屬鍍層為固定電極，構成差動電容器。當被測壓力或壓力差作用于膜片并產生位移時，所形成的兩個電容器的電容量，一個增大，一個減小。該電容值的變化經測量電路轉換 成與壓力或壓力差相對應的電流或電壓的變化。 外殼p1p2金屬鍍層凹形玻璃 膜片過濾器cbI? CiU?∑iI?cxI? C xoU?A 電容式傳感器具體特點如下： (1)結構簡單，適應性強 電容式傳感器結構簡單，易于制造，精度高，可以做得很小，以實現(xiàn)某些特殊的測量，電容式傳感器一般用金屬作電極，以無機材料作絕緣支承，因此可工作在高低溫、強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中，能承受很大的溫度變化，承受高壓力、高沖擊、過載等；能測超高壓和低壓差。 (2)動態(tài)響應好 電容式傳感器由于極板間的靜電引力很小，需要的作用能量極小，可動部分可以做得小而薄 ，質量輕，因此固有頻率高，動態(tài)響應時間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特適合于動態(tài)測量；可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)、如振動等。 (3)分辨率高 由于傳感器的帶電極板間的引力極小，需要輸入能量低，所以特別適合于用來解決輸入能量低的問題，如測量極小的壓力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受 m ，甚至更小的位移。 (4)溫度穩(wěn)定性好 電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又由于本身發(fā)熱極小，因此影響穩(wěn)定性也極微小。 (5)可實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應 如回轉軸的振動或偏心、小型滾珠軸承的徑向間隙等，采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。 不足之處是輸出阻抗高，負載能力差，電容傳感器的電容量受其電極幾何尺寸等限制，一般為幾十皮法到幾百皮法，使傳感器輸出阻抗很高，尤其當采用音頻范圍內的交流電源 時，輸出阻抗更高，因此傳感器負載能 力差，易受外界干擾影響而產生不穩(wěn)定現(xiàn)象；寄生電容影響大，電容式傳感器的初始電容量很小，而傳感器的引線電纜電容、測量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導體構成的電容等“寄生電容”卻較大，降低了傳感器的 靈敏度，破壞了穩(wěn)定性，影響測量精度，因此對電纜的選擇、安裝、接法都要有要求。 電容式傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動振幅 (測至 m 的微小振幅 )，尤其適合測量高頻振動振幅、精密軸系回轉精度、加速度等機械量，還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜 厚度、測量電介質的濕度、密度、厚度等。在自動檢測和控制系統(tǒng)中也常常用來作為位置信號發(fā)生器。 電容式液位 傳感器 是利用被測介質面的變化引起電容變化的一種變介質型電容器。為用于檢測非導電液體的電容式傳感器。它是通過將被測介質的液面高度變化轉為電容器電容量的變化，當被測液體的液面在電容傳感器的兩同心圓柱形電極間變化時，引起極間不同介電常數(shù)介質的高度發(fā)生變化。 電容式 傳感器 是基于把被測非電物理量轉換為電容量的原理進行測量的，它在工業(yè)中被廣泛用于壓力、差壓、物位、液位、振動和位移等多種參數(shù)的檢測。 電容傳感器有三種類型：變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型，其中極距型和介電常數(shù)型電容傳感器為非線性，而變面積型是線性的，在實際使用中為提高傳感器的線性度和抗干擾能力，增大靈敏度，常采用差動式結構。電容 傳感器
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