第三章電容式傳感器(編輯修改稿)
2025-08-16 05:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 有效電容 Ce可由下式求得 (為了計(jì)算方便 ， 忽略Rs和 Rp): ???????????????????????2222222)1()1(1111LCCLCCLCLCCCLCCCCjLjCjeee????????第 3章 電容式傳感器 在這種情況下，電容的實(shí)際相對(duì)變化量為 LCCCCCee21/????? 表明電容式傳感器的實(shí)際相對(duì)變化量與傳感器的固有電感 L和角頻率 ω有關(guān) 。 因此 ， 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須與標(biāo)定的條件相同 。 第 3章 電容式傳感器 第二節(jié) 誤差的因素及改進(jìn)措施 一 、溫度對(duì)電容器結(jié)構(gòu)尺寸的影響 二、寄生電容與分布電容的影響 三、外界干擾的影響 四、溫度對(duì)介質(zhì)的介電常數(shù)的影響 五、漏電阻的影響 第 3章 電容式傳感器 一 、溫度對(duì)電容器結(jié)構(gòu)尺寸的影響 環(huán)境溫度的變化 ， 將引起電容傳感器各零件幾何尺寸和相互間幾何位置的變化 。 從而導(dǎo)致電容傳感器產(chǎn)生誤差 ，這個(gè)誤差尤其是在變極距型電容傳感器中更為嚴(yán)重 。 以變極距型電容傳感器為例 ， 對(duì)溫度誤差進(jìn)行分析 。 0d1h2hL 1h：初始時(shí)絕緣材料的厚度 2h：初始時(shí)固定極板的厚度 0d：初始時(shí)空氣隙的厚度 L ：初始時(shí)兩極板的總間隙 第 3章 電容式傳感器 設(shè)初始溫度為 時(shí)，電容傳感器工作極片與固定極片間隙及初始電容為： 0t210 hhLd ???rhdAC??1000??因?yàn)閭鞲衅鞲髁慵牟牧喜煌?，具有不同的溫度膨脹系?shù)，因此，環(huán)境溫度變化后 氣隙厚度變?yōu)椋? t?? ? ? ? ? ?ththtLd hhLt ????????? 2211 111 ???21 , hhL ???式中， 分別為傳感器各零件所用材料的溫度線膨脹系數(shù)。 第 3章 電容式傳感器 ? ?rhtt thdAC???????1101則 由于溫度變化而引起的電容量的相對(duì)誤差為： tttt dddCCC ???? 000?式中 時(shí)的電容量為傳感器在溫度為時(shí)的電容量；為傳感器在溫度tCtCt00第 3章 電容式傳感器 整理得： ? ?? ? thhLdtLhhhhLLhht ????????221102211???????為了消除溫度誤差，必須設(shè)法使 ， 即使上式的分子為零即可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償： 0?t?02211 ??? Lhh Lhh ???由于設(shè)計(jì)傳感器時(shí)尺寸的靈活性大，故用 210 hhdL ???帶入上式得： ? ? 02102211 ????? Lhh hhdhh ???第 3章 電容式傳感器 經(jīng)整理得 ： 02102211 ????? hhdhhLhLh????則 ???????????????????? 11 22110LhLh hhd????0d 21 hhL ??? ，在設(shè)計(jì)電容傳感器時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)合理的初始電容量決定間隙 ，然后根據(jù)材料的線膨脹系數(shù) 選擇材料的 合適尺寸，滿足溫度補(bǔ)償條件的要求，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩? 第 3章 電容式傳感器 二、寄生電容與分布電容的影響 電容極板與周圍物體（各種組建甚至人體）所產(chǎn)生的電容稱為寄生電容。而電容傳感器引線電纜引起的電容稱為分布電容 (l～ 2m導(dǎo)線可達(dá) 800pF) 。寄生電容與分布電容統(tǒng)稱為干擾電容。由于電容傳感器很小，其電容量多為幾皮法至十幾皮法，屬于小功率、高阻抗器件，極易受外界干擾，尤其是易受大于它幾倍、幾十倍且具有隨機(jī)性的干擾電容的影響，且這些干擾電容與傳感器電容并聯(lián)，嚴(yán)重影響傳感器的輸出特性，甚至淹沒傳感器有用電容而使之無法工作。且寄生電容極不穩(wěn)定，這就導(dǎo)致電容傳感特性不穩(wěn)定，對(duì)傳感器產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，帶來測量誤差。因此，消滅干擾電容的影響是電容式傳感器使用的關(guān)鍵。 第 3章 電容式傳感器 （ 2） 注意傳感器的接地和屏蔽 ； （ 3） 集成化 :將傳感器與測量電路本身或其前置級(jí)裝在一個(gè)殼體內(nèi) ， 省去傳感器的電纜引線 。 （ 4） 采用 “ 驅(qū)動(dòng)電纜 ” (雙層屏蔽等位傳輸 )技術(shù) :傳感器與測量電路前置級(jí)間的引線為雙屏蔽層電纜 . （ 5） 整體屏蔽法 :將電容式傳感器和所采用的轉(zhuǎn)換電路 、 傳輸電纜等用同一個(gè)屏蔽殼屏蔽起來 ， 正確選取接地點(diǎn)可減小寄生電容的影響和防止外界的干擾 。 （ 1） 增加傳感器原始電容值 采用 減小極片或極筒間的間距 (平板式間距為 —， 圓筒式間距為 )， 增加工作面積 或 工作長度 來增加原始電容值 ， 但受加工及裝配工藝 、 精度 、示值范圍 、 擊穿電壓 、 結(jié)構(gòu)等限制 。 一般電容值變化在 103— 103 pF范圍內(nèi) ， 相對(duì)值變化在 106— 1范圍內(nèi) 。 第 3章 電容式傳感器 三、外界干擾的影響 電容傳感器是高阻抗傳感元件，客觀上存在外界干擾的影響，當(dāng)外界（如電磁場）干擾在傳感器和導(dǎo)線間感應(yīng)出電壓并與信號(hào)一起輸送至測量電路時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤差，甚至使傳感器無法正常工作。另外，不同接地點(diǎn)所產(chǎn)生的接地電壓差也是一種干擾信號(hào)，同樣會(huì)引起誤差和故障。防止和減小干擾的措施大致可歸納如下： 屏蔽和解地。用良導(dǎo)體作傳感器殼體，將傳感器元件包圍起來，并可靠接地；用金屬網(wǎng)套住導(dǎo)線彼此絕緣（即屏蔽電纜），金屬網(wǎng)可靠接地；用雙層屏蔽線可靠接地；用雙層屏蔽罩且可靠接地；傳感器與測量電路前置級(jí)一起裝在較好的屏蔽殼體內(nèi)并可靠接地等等。 第 3章 電容式傳感器 增加原始電容值，以降低容抗，減小被干擾電容淹沒的危險(xiǎn)。 減小導(dǎo)線間的分布電容的靜電感應(yīng)，因此導(dǎo)線與導(dǎo)線之間遠(yuǎn)離，距離盡可能短，最好成直角排列，必須平行排列時(shí)可采用屏蔽電纜線。 減少接地點(diǎn)，盡可能一點(diǎn)接地，地線要用較粗的良導(dǎo)體或?qū)捰≈凭€。 盡量采用差動(dòng)式
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