[工學(xué)]第五章電容式傳感器-資料下載頁(yè)
2025-02-17 07:13本頁(yè)面
【正文】 6— 頂層多晶硅（上電極） 電容式加速度傳感器目前多采用 微細(xì)加工技術(shù)制造 ，既能測(cè)量交變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量慣性力或重力加速度。工作電壓 ～ ，加速度測(cè)量范圍為數(shù)個(gè) g，靈敏度可達(dá) 。這種 傳感器和信號(hào)調(diào)理電路集成在一起，組成加速度檢測(cè)模塊 。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。 它由三個(gè)多晶硅層組成差動(dòng)電容，第一層和第三層是不動(dòng)的，第二層是懸臂梁，它在加速度作用下是可運(yùn)動(dòng)的。 加速度傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車(chē)上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)， 微處理器 據(jù)此判斷發(fā)生了碰 撞，于是就啟動(dòng)轎車(chē)前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。 裝有傳感器的假人 氣囊 汽車(chē)氣囊的保護(hù)作用 使用加速度傳感器可以在汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn) 延時(shí)起爆的鉆地炸彈 傳感器安裝位置 在彈性鋼板內(nèi)平行圓孔間設(shè)置平行板電容器，當(dāng)鋼板受壓力變形時(shí)，平板電容傳感器兩極板間距改變，從而電容量改變。 主要用于重負(fù)載。 四、電容式荷重傳感器 五、電容測(cè)厚儀 （ 電容傳感器在板材軋制裝置中的應(yīng)用 ） 電容式測(cè)厚儀的關(guān)鍵部件之一就是電容測(cè)厚傳感器。在板材軋制過(guò)程中由它監(jiān)測(cè)金屬板材的厚度變化情況，該厚度量的變化現(xiàn)階段常采用 獨(dú)立雙電容 測(cè)厚傳感器來(lái)檢測(cè)。它能克服兩電容并聯(lián)或串聯(lián)式傳感器的缺點(diǎn)。應(yīng)用獨(dú)立雙電容傳感器，通過(guò)對(duì)被測(cè)板材在 同一位置 、 同一時(shí)刻實(shí)時(shí)取樣能使其測(cè)量精度大大提高。獨(dú)立雙電容測(cè)厚傳感器一般分為運(yùn)算型電容傳感器和頻率變換型電容傳感器兩種。前者對(duì) ~ 厚度的薄鋼板進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量誤差小于 20?m ；后者其測(cè)量誤差小于 ?m。 在被測(cè)帶材的上、下兩側(cè)各置一塊面積相等、與帶材距離相等的極板，極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器 C1和 C2。把兩塊極板用導(dǎo)線連成一個(gè)電極，帶材就是電容的另一個(gè)電極，總電容 Cx＝ C1＋ C2。在軋鋼中帶材厚度變化時(shí)，將引起電容量發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)帶材厚度的在線檢測(cè)。 測(cè)定電極安裝在罐的頂部 ， 這樣在罐壁和測(cè)定電極之間就形成了一個(gè)電容器 。 當(dāng)罐內(nèi)放入被測(cè)物料時(shí) ， 由于 被測(cè)物料介電常數(shù) 的影響 ， 傳感器的電容量將發(fā)生變化 ，電容量變化的大小與 被測(cè)物料在罐內(nèi)高度有關(guān) ，且成比例變化 。 檢測(cè)出這種電容量的變化就可測(cè)定物料在罐內(nèi)的高度 。 六、電容式料位傳感器 聚四氟乙烯外套 物料可以是液體，也可以是固體。 若物料導(dǎo)電的話，罐壁和測(cè)定電極要做絕緣處理。右圖的棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管。 傳感器的靜電電容 hdDkC sln)( 0?? ??式中： k —— ?s —— ?0 —— 空氣的相對(duì)介電常數(shù)； D —— 儲(chǔ)罐的內(nèi)徑； d —— h —— 被測(cè)物料的高度 。 假定罐內(nèi)沒(méi)有物料時(shí)的傳感器靜電電容為 C0， 放入物料后傳感器靜電電容為 C1， 則兩者電容差為 ?C=C1 C0 兩介電常數(shù)差別越大 ， 極徑 D與 d相差愈小 ， 傳感器靈敏度就愈高 。 液位測(cè)量也可用同軸內(nèi)外金屬管式液位計(jì) 動(dòng)畫(huà)演示 七、濕敏電容 利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為 80），所以電容量增大。 目前成品濕敏電容主要使用兩種吸濕性介質(zhì)：多孔性氧化鋁、高分子薄膜。 動(dòng)畫(huà)演示 高分子薄膜式濕敏元件（ 變介電常數(shù)型電容傳感器 ）應(yīng)用的是平板電容器原理，在絕緣基片上依次形成下電極、感濕膜、上電極。感濕膜是聚酰亞胺高分子聚合物，它吸收環(huán)境中的水分（也可釋放），使其介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量變化，達(dá)到測(cè)濕目的。 當(dāng)環(huán)境中的水分子沿著上電極的毛細(xì)微孔進(jìn)入感濕膜而被吸附時(shí)，感濕膜的介電常數(shù) 隨著其吸水量增加而增大 （水的相對(duì)介電常數(shù)為 80），引起電容器電容值也增大，而吸水量多少又取決于濕度的大小，這樣就可確定在一定溫度下電容值與氣體中相對(duì)濕度的函數(shù)關(guān)系。 濕敏元件的電容值與相對(duì)濕度之間具有正比關(guān)系。 固定頻率方波脈沖電路產(chǎn)生定周期脈沖 ， 觸發(fā)后續(xù)脈沖寬度調(diào)制電路 ， 使脈寬 Tx 正比于濕度電容 Cx， 然后將輸出信號(hào)進(jìn)行濾波后 ， 取出直流信號(hào) ， 再經(jīng)放大電路 、 調(diào)零電路和溫度補(bǔ)償電路 ， 最后輸出一個(gè)與相對(duì)濕度相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào) 。 本濕度計(jì)由固定頻率方波脈沖發(fā)生器、脈寬調(diào)制電路、濾波、放大電路等組成。
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