第四章電容式傳感器(編輯修改稿)
2024-11-29 13:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 而導(dǎo)致電容極板間隙或面積發(fā)生改變， 產(chǎn)生附加電容變化 。這一點對于空間隙電容式傳感器來說更顯重要，因為初始間隙都很小，約幾十微米至幾百微米之間。溫度變化使各零件尺寸變化，可能導(dǎo)致對本來就很小的間隙產(chǎn)生很大的相對變化，從而 引起很大的特性溫度誤差 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 為減小這種誤差 ① 一般盡量選取溫度系數(shù)小和溫度系數(shù)穩(wěn)定的材料。 如絕緣材料采用石英、陶瓷等，金屬材料選用低膨脹系數(shù)的鎳鐵合金?；驑O板直接在陶瓷、石英等絕緣材料上蒸鍍一層金屬膜來代替。 ② 采用差動對稱結(jié)構(gòu)，并在測量線路中對溫度誤差加以補(bǔ)償。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 ? 溫度變化對介質(zhì)介電常數(shù)的影響 使傳感器電容改變，帶來溫度誤差。溫度對介電常數(shù)的影響隨介質(zhì)不同而異。 這種溫度誤差可用后接的測量線路進(jìn)行一定的補(bǔ)償，而完全消除是困難的。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 二、漏電阻的影響（絕緣性能） 電容變換器的容抗都很高，特別是在激勵電壓頻率較低時，在與測量線路配接時，當(dāng)兩極板間總的漏電阻若與容抗相近，就必須考慮分路作用對系統(tǒng)總靈敏度的影響。 這主要是 采用高質(zhì)量的絕緣材料及采用合理的結(jié)構(gòu)加以解決 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 三、邊緣效應(yīng)與寄生參量的影響 邊緣效應(yīng) 理想條件下，平行板電容器的電場均勻分布于兩極板所圍成的空間，這僅是簡化電容量計算的一種假定。 當(dāng)考慮電場的邊緣效應(yīng)時，情況要復(fù)雜的多，邊緣效應(yīng)的影響 相當(dāng)于傳感器并聯(lián)一個附加電容 ， 引起了傳感器靈敏度下降和非線性增加 。 ① 為克服邊緣效應(yīng)，首先應(yīng)增大初始電容量 C0，即增大極板面積，減小極板間隙。 ② 在結(jié)構(gòu)上增設(shè)等位環(huán)來消除邊緣效應(yīng)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 均勻電場 等位環(huán) 電極 電極 邊緣電場 邊緣電場 原理： 等位環(huán)安放在上面電極外，且與上電極絕緣組等電位，這樣就能使上電極的邊緣電力線平直，兩極間電場基本均勻。而發(fā)散的邊緣電場發(fā)生在等位環(huán)的外周不影響工作。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 寄生參量 第四章 電容式傳感器 一般電容傳感器電容值很小，如果激勵頻率較低，則電容傳感器的容抗很大，因此對傳感器絕緣電阻要求很高；另一方面，變換器電容極板并聯(lián)的寄生電容也會帶來很大的影響。 ① .增加原始電容值 ② .注意傳感器的接地和屏蔽（右圖） ③ .將傳感器與電子線路的前置 級裝在一個殼體內(nèi)（集成化） 減小寄生電容的方法 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 測量電路 前置級 + ? 1:1 內(nèi)層屏蔽 外層屏蔽 Cx 在電容傳感器與測量線路前置極間 采用雙層屏蔽電纜 。這種接法使 傳輸電纜的芯線與內(nèi)層屏蔽等電位 ，消除了芯線對內(nèi)層屏蔽的容性漏電，從而消除了寄生電容的影響。同時放大器的高輸入阻抗又起到阻抗匹配的作用。 ④ .采用“驅(qū)動電纜”技術(shù) 等電位屏蔽法 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 ⑤ .采用運(yùn)算放大器法 所謂整體屏蔽是將整個電橋 (包括電源、電纜等）統(tǒng)一屏蔽起來，其關(guān)鍵在于正確選取接地點。 u0 與傳感器電容相并聯(lián)的為等效電容 CP /（ 1+A） ⑥ .整體屏蔽 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 ? 盡可能一點接地 ? 盡量采用差動式電容傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 167。 44 電容式傳感器的應(yīng)用 第四章 電容式傳感器 量程 精度 分辨力 變極距型 ~幾百微米 ?m ?m 變面積型 零點幾 ~幾百毫米 優(yōu)于 % ~?m 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 一、電容式位移傳感器 第四章 電容式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 二、電容式加速度傳感器 第四章 電容式傳感器 這里有兩個固定極板，極板中間有一用彈簧支撐的質(zhì)量塊，此質(zhì)量塊的兩個端面經(jīng)過磨平拋光后作為可動極板。當(dāng)傳感器測量垂直方向上的直線加速度時，質(zhì)量塊在絕對空間中相對靜止，而兩個固定電極將相對質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，此位移大小正比于被測加速度，使 c1， c2中一個增大，一個減小。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 三、電容式壓力傳感器 第四章 電容式傳感器 工作原理
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