第四章電容式傳感器-展示頁
2024-11-05 13:40本頁面
【正文】 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 一、變面積型電容傳感器 b a δ Δx 設(shè)兩矩形極板間覆蓋面積為 S，當(dāng)動極板移動 △ X，則面積 S發(fā)生變化，電容量也改變。如果保持其中的兩個參數(shù)不變 ， 而僅改變另一個參數(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參數(shù)變換成電容量的測量裝置。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：將被測量轉(zhuǎn)化為電容量的變化實現(xiàn)測量 實質(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，它的電容量為 : + + + δ S ? 當(dāng)被測量 δ、 S或 ε發(fā)生變化時 ， 都會引起電容的變化 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) ? 分類示意圖 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 . + + + + + + a) 極距變化型 。 靈敏度： （主要用來測直線位移、角位移和尺寸等參數(shù)） 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 線位移 角位移 單組式 差動式 平板結(jié)構(gòu)對極距變化特別敏感，測量精度受到影響。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 可見變面積式電容傳感器輸出是線性的，靈敏度為一常數(shù)。 （因為以上的推導(dǎo)是在忽略邊緣效應(yīng)的情況下進(jìn)行的）。 ε1－液體介質(zhì)介電常數(shù)； ε0－空氣中介電常數(shù)（ F/m）； h－電極板總長度（ m）； r－內(nèi)電極板外徑（ m）； R－外電極板內(nèi)徑（ m）； x－液面高度（ m）。 液面高度 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 類型 2： 第四章 電容式傳感器 δ d 面積 S 氣隙 當(dāng)某種介質(zhì)在兩固定極板間運動時，電容輸出與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系為： d — 運動介質(zhì)的厚度（ m） 可見： ①若厚度 d 保持不變，介電常數(shù) εr 改變（如濕度變化），可做成濕度傳感器； ②若 εr不變，可做成測厚傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 三、變極板間距型電容傳感器 第四章 電容式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) δ ε S 動極板 定極板 若極板間距減小 △ δ，則電容將增大 △ C。 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 非線性隨相對位移的增加而增加，為保證一 定的線性度，應(yīng)限制動極板的相對位移量。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 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 167。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 第四章 電容式傳感器 電容傳感器等效電路 圖中 C為傳感器電容， RP為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗， Rs為高頻、高溫、高頻激勵工作時的串聯(lián)損耗電阻，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻； L為電容器及引線電感； CP為寄生電容克服其影響是提高電容傳感器實用性能的關(guān)鍵之一?？梢娫趯嶋H應(yīng)用中，特別在高頻激勵時，尤需要考慮 L的存在，會使傳感器有效電容改變，從而引起傳感器有效靈敏度的改變。 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 ? 將電容傳感器接入電橋的一個臂，不平衡電橋輸出： 為使橋路平衡，在四個橋臂上必須接入兩個電容（一個單極電容傳感器和一個固定電容，或接入差動電容傳感器）。當(dāng)橋臂上接入不同的阻抗元件時，電路的靈敏度不同，一般有 、 、 ，輸出信號相移有 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： ① 必須接成差動形式使用； ② 電橋的交流激勵源的幅值和頻率 要穩(wěn)定； ③ 要求后續(xù)電路輸入阻抗無限大。其基本出發(fā)點是構(gòu)成一個頻率穩(wěn)定的方波發(fā)生器，以電容變化來調(diào)節(jié)占空比，由此 引起平均直流分量的變化 。 第四章 電容式傳感器 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 反相放大電路 反饋元件是傳感器電容 Cx C是固定電容 電源電壓 u 理想運放 將 代入 輸出電壓
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