傳感器與檢測(cè)技術(shù)---第5章電容式傳感器-wenkub.com
2024-10-15 11:16 本頁(yè)面
【正文】 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 ΔC = C1 — C0 （ 5 47） 由式 （ 5 46） 可見(jiàn) , 兩種介質(zhì)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 。 ε0——空氣的相對(duì)介電常數(shù) 。 第 5章 電容傳感器 第 5章 電容傳感器 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 。 由此可見(jiàn) , 振蕩頻率包含了電容傳感器的間距 dx的信息 。 A——極板面積 。 此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化 , 一個(gè)增加 , 一個(gè)減小 , 從而使 C C2產(chǎn)生大小相等 , 符號(hào)相反的增量 , 此增量正比于被測(cè)加速 。 該電容值的變化經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與壓力或壓力差相對(duì)應(yīng)的電流或電壓的變化 。 由此可見(jiàn) , 差動(dòng)脈寬調(diào)制電路能適用于變極板距離以及變面積式差動(dòng)式電容傳感器 , 并具有線性特性 , 且轉(zhuǎn)換效率高 , 經(jīng)過(guò)低通放大器就有較大的直流輸出 , 且調(diào)寬頻率的變化對(duì)輸出沒(méi)有影響 。 如圖 5 13（ b） 所示 , 此時(shí) uA、 uB脈沖寬度不再相等 , 在一個(gè)周期時(shí)間 （ T=T1+T2） 內(nèi) ， uAB的平均電壓值UAB不為零 。 比較器 A2輸出高電平 , 使觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn) ，即使 Q=1, =0 , 重復(fù)前述過(guò)程 , 電路各點(diǎn)波形 如圖 513所示 。 對(duì)于 1kΩ的負(fù)載電阻上升時(shí)間為 20 μs左右 , 故可用來(lái)測(cè)量高速的機(jī)械運(yùn)動(dòng) 。電路的靈敏度與電源幅值和頻率有關(guān) , 故輸入電源要求穩(wěn)定 。 第 5章 電容傳感器 若傳感器輸入不為 0, 則 C1 ≠ C2, 那么 I1≠I(mǎi)2, 此時(shí) RL上必定有信號(hào)輸出 , 其輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為 LTLL RdttItITRIU ???? ? )]()([120 10)()( )2( 212 CCEfRRR RRR LLL ???? 式中 f 為電源頻率 。 當(dāng) e為負(fù)半周時(shí) , VD2導(dǎo)通 、 VD1截止 , 則電容 C2充電 。 其中 e是高頻電源 , 它提供幅值為 E的對(duì)稱(chēng)方波 , 且 R1=R2= R， C C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容 。 其中： Cx 為電容式傳感器； C為一固定電容 。 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 。 調(diào)頻測(cè)量電路原理框圖如下圖 5 9 所示 。 第 5章 電容傳感器 電容式傳感器的測(cè)量電路 由于電容式傳感器的電容變化值都十分微小 , 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 。 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) 。 若電介質(zhì) εr1=1， 當(dāng) L=0時(shí) ， 傳感器初始電容 C0為 當(dāng)介質(zhì) εr2進(jìn)入極間 L后，引起電容的相對(duì)變化為 00000 dLbC ??第 5章 電容傳感器 電容式傳感器的靈敏度及非線性 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 , 故只討論變極距型平板電容傳感器的靈敏度及非線性 。 圖中兩平行電極固定不動(dòng) , 極距為 d0, 相對(duì)介電常數(shù)為 εr2的電介質(zhì)以不同深度插入電容器中 , 從而改變兩種介質(zhì)的極板覆蓋面積 。 第 5章 電容傳感器 三 、 變介質(zhì)型電容式傳感器 圖 5 6 是一種變極板間介質(zhì)的電容式傳感器用于測(cè)量液位高低的結(jié)構(gòu)原理圖 。 第 5章 電容傳感器 圖 5 5 是電容式角位移傳感器原理圖。 同時(shí) , 式 (5—5)中的(dg/ε0εg)項(xiàng)是恒定值 , 它能使傳感器的輸出特性的線性度得到改善 。 但 d0過(guò)小 ，容易引起電容器擊穿或短路 。 一 、 變極距型電容傳感器 圖 5 1 為變極距型電容式傳感器的原理圖 。εr 其中 ε0為真空介電常數(shù) , εr為極板間介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù) 。第 5章 電容傳感器 將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的設(shè)備或裝置叫做電容式傳感器 電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu) 電容式傳感器的靈敏度及非線性 電容式傳感器的測(cè)量電路 電容式傳感器的應(yīng)用 第 5章 電容式傳感器 返回主目錄 第 5章 電容傳感器 電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu) 由絕緣介質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器 , 如果不考慮邊緣效應(yīng) , 其電容量為 式中 : A——兩平行板所覆蓋的面積 。 dAC ?? （ 5 1） 第 5章 電容傳感器 由式 （ 5 1） 可知 ， 當(dāng) A、 d或 ε發(fā)生變化時(shí) , 電容量 C也隨之變化 。 當(dāng)傳感器的 εr和 A為常數(shù) ,
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