電容式傳感器ppt課件(2)-文庫吧資料
2025-01-21 04:48本頁面
【正文】 A點變?yōu)榈碗娢唬?C1通過 D1迅速 放電使UM接近零電位，此時 B點為高電位，通過 R2對 C2充電，UN上升，直到高于 Ur時比較器 A2產(chǎn)生脈沖使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器重新翻轉(zhuǎn)，37第 4章 電容式傳感器 252。?R1＝ R2?組成： 比較器 A A2，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，差動電容傳感器 C C2以及 R R D D236第 4章 電容式傳感器 四、差動脈沖寬度調(diào)制電路 無關(guān)，適當(dāng)選擇電阻 值，則輸出電流可用毫安表或微安表直接測量；l 負(fù)載電阻 RL 將影響電容放電速度，作動態(tài)測量時應(yīng)取值小一些，如 RL =1k同數(shù)量級，而與電容 C1盡量為理想二極管，要求特性完全相 同，均工作在伏－安特性的線性區(qū)；l 電路靈敏度高，但與電源的幅值和頻率有關(guān)，因此電源需穩(wěn)壓穩(wěn)頻；l 線路十分簡單，不需附加相敏解調(diào)器，即能獲得高電平的直流輸出；l 輸出阻抗與 R1q 令35第 4章 電容式傳感器 二極管 T形網(wǎng)絡(luò)特點l 電源、傳感器電容以及輸出電路一端需要共地；l 工作電平很高，二極管 D C2的函數(shù)。當(dāng)電源電壓確定后，輸出電壓只是電容 C1和 C2RL 的平均電流不為零，因而有信號輸出。C2C1C2C1 則流過 RL 的電流 若 D D2?為 I1?和 I2?之和。此時電容 C2很快被充電至電壓 E，電源 E 經(jīng) R2以電流 I2?在隨后電源為負(fù)半周時， D2此時電容 C1很快被充電至電壓 E， 電源 E經(jīng) R1以電流 I1向負(fù)載 RL供電，與此同時電容 C2經(jīng) R2和RL放電電流為 I2，流過 RL的電流 IL 為 I1和 I2之和；電路工作原理 ：33第 4章 電容式傳感器 u二極管 D1導(dǎo)通、 D2截止 , 高頻電源可以是對稱方波或正弦波。32第 4章 電容式傳感器 三、二極管 T 形網(wǎng)絡(luò) 電橋平衡條件為： 可以是耦合的電感，這種電橋的靈敏度和穩(wěn)定度較高，且寄生電容影響小，簡化了電路屏蔽和接地，適合于高頻工作。用穩(wěn)頻、穩(wěn)幅和固定波形的低阻信號源去激勵，最后經(jīng)電流放大及相敏整流得到直流輸出信號。與 C231第 4章 電容式傳感器 二、電橋電路 這些附加電路將使 整個測量電路較為復(fù)雜 。缺點： 此電路要求電源電壓穩(wěn)定，固定電容電容量穩(wěn)定，并要求運放放大倍數(shù)與輸入阻抗足夠大。 當(dāng)在結(jié)構(gòu)上 不易采用差動電容 時（例如在進(jìn)行振動測量時，測量頭為電容式傳感器的定極板，而振動機(jī)械的任何一部分導(dǎo)電平面則作為動極板，兩者組成單極板電容器傳感器），那么這種方案較使用單極板的其它電路能獲得更高的線性輸出。 注意： 上式是在 K→∞ 、 Zi→∞ 的前提下得到的。如果傳感器是一只平板電容，則 Zi Cx 為 電容傳感器。電容式傳感器除采用電橋作為信號調(diào)理電路外，還可借助多種信號調(diào)理電路把微小的電容變化轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓、電流或頻率輸出。電容式傳感器的測量電路 28第 4章 電容式傳感器 在尺寸較小時，比圓形膜片位移量大，壓力靈敏度高 。定義壓力靈敏系數(shù)為 式中， bb ， 其余尺寸與圓形膜片相同。膜片尺寸為 27第 4章 電容式傳感器 2. 方形膜片：若把信號調(diào)理電路與敏感器件近距離做在同一芯片上，可減少干擾，使寄生電容小而穩(wěn)定。硅電容式壓力傳感器的集成元件尺寸很小，在壓力作用下的電容量變化（絕對值）也很小。從上述實際尺寸和數(shù)值看出：＝ ?m， 電容由 C0Pa 則有 硅片彈性模量 E = h = b = a ＝ ＝ 如 W（ 0） 即 ?d ， 此時電容也變化為 硅電容式壓力傳感器的膜片形狀有圓形硅膜片和方形硅膜片兩種。h ， 當(dāng)膜片兩側(cè)無壓差時，極板間距為 d0。:a =b （一般 膜片半徑為 25第 4章 電容式傳感器 1. 圓形膜片與膜片式比較，工藝簡單，可避免各向異性腐蝕加工和陽極焊接鍵合等復(fù)雜工藝。（ 或多晶硅）厚度決定。島和 極板間距由 Si3N4SiO2Si3N4用光刻方法形成 首先在硅襯底上先制作下電極 Al；然后淀積一層 振蕩電路把壓力變化引起的電容變化轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸出。 用集成電路技術(shù)在做出硅膜片微型電容器的同時，還做出校正用電容器 CR 。為避免上下鋁極板短路， 提高耐壓， 在中間淀積一層 SiO2。兩極板間距由從硅襯底正面腐蝕深度決定。壓力感知電容為 CP。 一、硅電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu) 二、膜片形狀與靈敏系數(shù)23第 4章 電容式傳感器 一、硅電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu) 這種傳感器溫度穩(wěn)定性好、耗電少、易于集成。第 2章中的 壓阻式傳感器 是當(dāng)前半導(dǎo)體壓力敏感器件的主流，它利用的是半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。它與電容器的結(jié)構(gòu)和引線的長度有關(guān)。因此只有在很高的工作頻率時，才加以考慮。 RS代表串聯(lián)損耗，即引線電阻、電容器支架和極板的電阻。 由等效電路可知，等效電路有一個諧振頻率，通常為幾十兆赫，當(dāng)工作頻率等于或接近諧振頻率時，諧振頻率破壞了電容的正常作用。 RP為并聯(lián)損耗電阻，它代表極板間的泄漏電阻和介質(zhì)損耗。 為提高初始電容、分辨率和靈敏度，有些電容式傳感器可制成一極多板的形式。差動式傳感器不但靈敏度高而且線性范圍大，并具有較高的穩(wěn)定性，抗干擾能力強(qiáng)。216。變間隙式電容傳感器變面積式電容傳感器變介電常數(shù)式電容傳感器216?！?極板寬度。以（ b） 為例，其電容量為 表明電容量 C與位移 x成 線性 關(guān)系。介質(zhì)時的電容量為 C019第 4章 電容式傳感器 圓筒形極板18第 4章 電容式傳感器 四、變介電常數(shù)式電容傳感器 是單極板的 n倍。線位移角位移17第 4章 電容式傳感器 齒形極板當(dāng)極板的齒數(shù)為 n時，靈敏度為 對于同樣位移 Δx，單片電容器電容變化 ?C，而多極板電容器電容變化為（ n－ 1） ?C 。16第 4章 電容式傳感器 n層重疊極板組成的多片型電容傳感器具有類似的單片電容器的（ n－ 1）倍電容量。 252。252。x 基本上成 線性 關(guān)系。即 當(dāng)動極板發(fā)生位移 圓筒線
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