[工學(xué)]4、電容式傳感器-展示頁(yè)
2025-01-28 10:45本頁(yè)面
【正文】 差動(dòng)式變極距的電容傳感器靈敏度提高一倍，非線性誤差減小。 ????0CC?????230 1gCCk ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ???哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 ① 欲提高靈敏度，應(yīng)減小間隙 δ，但受電容器擊 穿電壓的限制； ② 非線性隨相對(duì)位移的增加而增加，為保證一 定的線性度，應(yīng)限制動(dòng)極板的相對(duì)位移量。 + + + 0 r SSC ?????????哈爾濱工業(yè)大學(xué) δ ε S 動(dòng)極板 定極板 若極板間距減小 △ δ，則電容將增大 △ C。 如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變 ， 而僅改變另一個(gè)參數(shù) ， 就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化 。 167。哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 第四章 電容式傳感器 電容式傳感器是將被測(cè)參數(shù)變換成電容量的測(cè)量裝置。它的基本工作原理是基于物體間的電容量及其結(jié)構(gòu)的參數(shù)之間的關(guān)系。 41 電容式傳感器的工作原理 工作原理：將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電容量的變化實(shí)現(xiàn)測(cè)量 實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于具有可變參數(shù)的電容器 應(yīng)用范圍 :位移、壓力、加速度、液位、成份含量等測(cè)量 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 兩平行極板組成的電容器 ,當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，它的電容量為 : + + + δ S ? 當(dāng)被測(cè)量 δ、 S或 ε發(fā)生變化時(shí) ， 都會(huì)引起電容的變化 。 0 r SSC ?????????哈爾濱工業(yè)大學(xué) ? 分類(lèi)示意圖 c) 介質(zhì)變化型 b)面積變化型 :角位移型 ,平面線位移型 ,柱面線位移型 . + + + + + + 第四章 電容式傳感器 a) 極距變化型 。 0 0 0( 1 ) ( )ssC C C C C? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?第四章 電容式傳感器 一、變極板間距型電容傳感器 定義：靜態(tài)靈敏度 gCk????0 11C? ? ????哈爾濱工業(yè)大學(xué) 當(dāng) 時(shí) 第四章 電容式傳感器 時(shí)，展開(kāi)為級(jí)數(shù)形式 1??? ，忽略高次項(xiàng) 1??? 上式表明，在 條件下，電容的變化與極板間距變化量近似是線性關(guān)系。 ③為改善非線性，可以采用差動(dòng)式。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 二、變面積型電容傳感器 b a δ Δx 平面線位移型： 設(shè)兩矩形極板間覆蓋面積為 S，當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng) △ X，則面積 S發(fā)生變化，電容量也改變。而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，成為實(shí)際中最常用的結(jié)構(gòu)。 ① 增大初始電容 C0可以提高傳感器的靈敏度； ② 極板寬度 b的大小不影響靈敏度，但不能太 小，否則邊緣電場(chǎng)影響增大，非線性將增大； ③ △ X變化不能太大，否則邊緣效應(yīng)會(huì)使傳感器 特性產(chǎn)生非線性變化。 第四章 電容式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 三、變介電常數(shù)型電容傳感器 （主要測(cè)量厚度、液位、介值的溫度和濕度等） hx h 2r1 2r2 ε0 ε1 類(lèi)型 1： 被測(cè)液體的液面在電容式傳感器元件的兩同心同柱型電極間變化時(shí)，引起極間不同介電常數(shù)的高度發(fā)生變化，導(dǎo)致電容的改變。 hx－液面高度（ m 可見(jiàn)，輸出電容 C與液面高度 x 成線性關(guān)系。 42 電容式傳感器的測(cè)量電路 測(cè)量線路是電容傳感器的一個(gè)重要組成部分，其主要作用為： ① 給電極提供一個(gè)合適的激勵(lì)源，以便在形成的電場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)能量變換； ② 檢測(cè)出電場(chǎng)能量的變化，形成可供實(shí)用的電信號(hào)； ③ 在可能條件下，實(shí)現(xiàn)傳感器特性的線性化處理與信號(hào)變換。 LrCoCpRg完整等效電路 Ce= Co+ CpRe= Rg低頻等效電路 高頻等效電路 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 一、交流電橋電路 V Z1 Z2 Z3 Z4 ? △ V ? 為使橋路平衡，在四個(gè)橋臂上必須接入兩個(gè)電容（一個(gè)單極電容傳感器和一個(gè)固定電容，或接入差動(dòng)電容傳感器）。當(dāng)橋臂上接入不同的阻抗元件時(shí)，電路的靈敏度不同，一般有 、 1，輸出信號(hào)相移有 0176。 90176。 180176。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 電路的主要特 點(diǎn)： ① 必須接成差動(dòng)形式使用； ② 電橋的交流激勵(lì)源的幅值和頻率 要穩(wěn)定； ③ 要求后續(xù)電路輸入阻抗無(wú)限大。 UE的對(duì)稱方波 ，VD VD2為特性完全相同的兩只二極管 ， 固定電阻R1=R2=R， C C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容 。 UEC1C2ABR2R
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