[工學(xué)]電容式傳感器(編輯修改稿)
2025-03-15 15:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的靈敏度及非線性 由以上分析可知 , 除變極距型電容傳感器外 , 其它幾種形式傳感器的輸入量與輸出電容量之間的關(guān)系均為線性的 , 故只討論變極距型平板電容傳感器的靈敏度及非線性 。電容的相對(duì)變化量為 ?????????????????000 11ddddCC當(dāng) 1/ 0 ??? dd時(shí)，則上式可按級(jí)數(shù)展開，故得 ...]1[3020000????????? ?????????? ?????????? ?????ddddddddcc可見 , 輸出電容的相對(duì)變化量 ΔC/C與輸入位移 Δd之間呈非線性關(guān)系 。 當(dāng) Δd/d0 ＜＜ 1 時(shí) ， 可略去高次項(xiàng) , 得到近似的線性： 00 ddcc ???電容傳感器的靈敏度為 00 1ddCCK ???? 它說明了單位輸入位移所引起輸出電容相對(duì)變化的大小 與 d0呈反比關(guān)系。 如果考慮線性項(xiàng)與二次項(xiàng) , 則 )1(000 ddddcc ?????由此可得出傳感器的相對(duì)非線性誤差 δ為 %1000??? d d?可以 看出 : 要提高靈敏度 , 應(yīng)減小起始間隙 d0, 但非線性誤差卻隨著 d0的減小而增大 。 在實(shí)際應(yīng)用中 , 為了提高靈敏度 , 減小非線性誤差 , 大都采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu) 。 在差動(dòng)式平板電容器中 , 當(dāng)動(dòng)極板位移 Δd時(shí) , 電容器 C1的間隙 d1變?yōu)?d0Δd, 電容器 C2的間隙 d2變?yōu)?d0+Δd, 則 00011ddddcc????00021ddddcc????在 Δd/d0＜＜ 1時(shí) , 則按級(jí)數(shù)展開 : . . . ])()(1[ 3020001 ????????ddddddcc. . . ])()(1[ 3020002 ????????ddddddcc 電容值總的變化量為 ΔC= C1C2=C0 . . . ])()(1[2 402000????????ddddddcc...])(2)(22[ 50300?????? d dd dd d電容值相對(duì)變化量為 如果只考慮式中的線性項(xiàng)和三次項(xiàng) , 則電容式傳感器的相對(duì)非線性誤差 δ 近似為 %100)(%100)(2)(22003???????dddddd? 可見 , 電容傳感器做成差動(dòng)式之后 , 靈敏度提高一倍 , 而且非線性誤差大大降低了 。 電容式傳感器的測(cè)量電路 電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小 , 這樣微小的電容量還不能直接為目前的顯示儀表所顯示 , 也很難為記錄儀所接受 , 不便于傳輸 。 這就必須借助于測(cè)量電路檢出這一微小電容增量 , 并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓 、 電流或者頻率 。 電容轉(zhuǎn)換電路有 調(diào)頻電路 、 運(yùn)算放大器式電路 、 二極管雙 T型交流電橋 、 脈沖寬度調(diào)制電路 等 。 一 、 調(diào)頻測(cè)量電路 調(diào)頻測(cè)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 。 高頻、低頻激勵(lì)電壓作用下電容傳感器的等效電路 雖然可將頻率作為測(cè)量系統(tǒng)的輸出量 , 用以判斷被測(cè)非電量的大小 , 但此時(shí)系統(tǒng)是非線性的 , 不易校正 , 因此加入鑒頻器 , 將頻率的變化轉(zhuǎn)換為振幅的變化 , 經(jīng)過放大就可以用儀器指示或記錄儀記錄下來。調(diào)頻測(cè)量電路原理框圖如圖所示。圖中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為 21)(21LCf??式中 : L—— 振蕩回路的電感 。 C—— 振蕩回路的總電容 ， C=C1+C2+C0177。 ΔC。 其中 , C1為振蕩回路固有電容 。 C2為傳感器引線分布電容 。 C0177。 ΔC為傳感器的電容。 當(dāng)被測(cè)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, 當(dāng)被測(cè)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 210210])[(21LCCCf????ffLccccf ???????? 021021 ])[(21? 調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有較高靈敏度 , 可以測(cè)至 μm級(jí)位移變化量 。 頻率輸出易于用數(shù)字儀器測(cè)量和與計(jì)算機(jī)通訊 , 抗干擾能力強(qiáng) , 可以發(fā)送 、 接收以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控 。 二 、 運(yùn)算放大
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