課程設(shè)計(jì)---電容式濕度傳感器的應(yīng)用-文庫吧資料
2025-06-12 16:13本頁面
【正文】 圖 6轉(zhuǎn)換電路 圖 7輸出波形 圖中 ,C 為電容式濕度傳感器 , U1的脈沖寬度為 t1=k1C1,式中 t1為脈沖寬度 ， ms。 硬件電路設(shè)計(jì) 高分子電容式濕度傳感器屬電路參數(shù)型傳感，其輸出為電容值，傳感器的相對(duì)容值0CC 與相對(duì)濕度 %RH 成正比關(guān)系，受溫度的影響較小。溫度系數(shù)為℃ ，濕度滯后量為 177。以 Humirel公司生產(chǎn)的 SH1100型濕敏電容為例，其測量范圍是（ 1%～ 99%） RH， 在 55%RH時(shí)的電容量為 180pF（典型值）。濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、容易實(shí)現(xiàn)小 型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。 濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的 ， 常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酷酸醋酸纖維等。 電容式濕度傳感器的敏感元件為濕敏電容 ,主要材料一般為高分子聚合物 、金屬氧化物 . 這些材料對(duì)水分子有較強(qiáng)的吸附能力 , 吸附水分的多少隨環(huán)境濕度而變化 . 由于水分子有較大的電偶極矩 ,吸水后材料的電容率發(fā)生變化 . 電容器的電容值也就發(fā)生變化 . 同樣 , 把電容值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào) ,就可以對(duì)濕度進(jìn)行監(jiān)測 . 例如 , 聚苯乙烯薄膜濕敏電容 . 通過等離子體法聚合的聚苯乙烯具有親水性極性基團(tuán) . 隨著環(huán)境濕度的增減 ,它吸濕脫濕 ,電容值也隨之增減 。 電容傳感器有三種類型：變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型，其中極距型和介電常數(shù)型電容傳感器為非線性，而變面積型是線性的，在實(shí)際使用中為提高傳感器的線性度和抗干擾能力，增大靈敏度，常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。它是通過將被測介質(zhì)的液面高度變化轉(zhuǎn)為電容器電容量的變化，當(dāng)被測液體的液面在電容傳感器的兩同心圓柱形電極間變化時(shí)，引起極間不同介電常數(shù)介質(zhì)的高度發(fā)生變化。 電容式液位 傳感器 是利用被測介質(zhì)面的變化引起電容變化的一種變介質(zhì)型電容器。 電容式傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動(dòng)振幅 (測至 m 的微小振幅 )，尤其適合測量高頻振動(dòng)振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量，還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜 厚度、測量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。 (5)可實(shí)現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng) 如回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心、小型滾珠軸承的徑向間隙等，采用非接觸測量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測量的影響。 (3)分辨率高 由于傳感器的帶電極板間的引力極小，需要輸入能量低，所以特別適合于用來解決輸入能量低的問題，如測量極小的壓力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受 m ，甚至更小的位移。 (2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 電容式傳感器由于極板間的靜電引力很小，需要的作用能量極小，可動(dòng)部分可以做得小而薄 ，質(zhì)量輕，因此固有頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特適合于動(dòng)態(tài)測量；可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。該電容值的變化經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換 成與壓力或壓力差相對(duì)應(yīng)的電流或電壓的變化。如圖 14 中所示膜片為動(dòng)電極，兩個(gè)在凹形玻璃上的金屬鍍層為固定電極，構(gòu)成差動(dòng)電容器。相應(yīng)地，產(chǎn)生了很多類型的電容式傳感器，如電容式位移傳感器、電容式壓力傳感器、電容式加速度傳感器、電容式液位傳感器等等。（傳感器為平板電容，Cx=ε S/d）由運(yùn)算放大器工 作原理可得 dSCUU io ??? ?? 此式說明運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板間距離 d 成線性關(guān)系。Uo 是輸出信號(hào)電壓 。 我們可以采取相應(yīng)的措施來減少這些影響，如增大初始電容和加裝等位環(huán)，靜電屏蔽，電纜驅(qū)動(dòng)等。理想情況下 : 01dSn ? 非線性誤差：0001)( )()( dxd xdLCC LCCSCCe f ????? ???? 圖 2變極距型傳感器的特性曲線x M a b d N
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