課程設(shè)計(jì)---電容式濕度傳感器的應(yīng)用-在線瀏覽
2024-07-31 16:13本頁面
【正文】 子信息工程技術(shù) 班 級(jí)： 11 電子 姓 名： 張 林 陽 學(xué) 號(hào)： 1106020213 指導(dǎo)老師： 楊 全 玖 時(shí) 間： 2021 年 12 月 23 日 摘 要 電容式傳感器是將被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一類傳感器，它廣泛應(yīng)用在壓力、濕度、 溫度和加速度等測(cè)鼉中。隨著微電子機(jī)械 技術(shù)的不斷進(jìn)步，已研制出包括 電容式壓力傳感器、濕度傳感器、加速度計(jì)、化學(xué)和生物傳感器等產(chǎn)品。 在電子科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天 ,人類對(duì)自身的 生活環(huán)境及工作環(huán)境要求越來越 高。 眾所周知 ,濕度的測(cè)量較復(fù)雜 ， 而對(duì)濕度進(jìn)行控制更 不易。 為此 ， 人們研制了各種濕度傳感器 ， 其中電阻和電容型濕度傳感器以其測(cè)量范圍寬 ,響應(yīng)速度快 ,測(cè)量精度高 ,穩(wěn)定性好 ,體積小 ,重量輕 ， 制造工藝簡(jiǎn)單等顯示出極大的優(yōu)越性 ,在實(shí)際中得到了廣泛應(yīng) 用。從制造角度看， 同是濕度傳感器，材料、結(jié)構(gòu)不同，工藝不同 。 濕度是一個(gè)重要的物理量，航天航空，計(jì)量等許多環(huán)境中需要在高溫下進(jìn)行濕度的測(cè)量，很多行業(yè)中，如發(fā)電 、 紡織食品 、 醫(yī)藥 、 倉儲(chǔ) 、 農(nóng)業(yè)等，對(duì)溫度 、濕度參量的要求都非常嚴(yán)格，目前，在低溫條件下，濕度測(cè)量已經(jīng)相對(duì)成熟，有商品化產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于各種行業(yè) ，另外有許多以行業(yè)需要在高溫環(huán)境下測(cè)量濕度，如航天航空 、 機(jī)車艦船 、 發(fā)電變電 、 冶金礦山 、 計(jì)量科研 、 電廠 、 陶瓷 、工業(yè)管道 、 發(fā)酵環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱 、 高爐等場(chǎng)合，這時(shí)，濕度測(cè)量結(jié)果往往不如低溫環(huán)境下 的測(cè)量結(jié)果理想，另外，在惡劣的環(huán)境下工作，例如氣流速度 、 溫度 、 濕度變化非常劇烈或測(cè)量污染嚴(yán)重的工業(yè)化氣體時(shí)，將使精度大大下降。 關(guān)鍵詞： 電容式傳感器 、硬件電路設(shè)計(jì)、測(cè)量范圍、電容器的特性。由于這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，分辨率高，能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于位移、加速度、振動(dòng)、壓力、壓差、液位、等分含量等檢測(cè)領(lǐng)域。當(dāng)被測(cè)量的變化使 S、 d 或 ε 任意一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量也隨 之而變，從而完成了由被測(cè)量到電容量的轉(zhuǎn)換。電容式傳感器的測(cè)量電路就是將電容式傳感器看成一個(gè)電容并轉(zhuǎn)換成電壓或其他電量的電路。調(diào)頻電路實(shí)際是把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路 的一部分 ,當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。 調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有較高的靈敏度，可以測(cè)量高至 m 級(jí)位移變化量。 因此，在實(shí)際應(yīng)用中，常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，既使靈敏度提高 1 倍，又使非線性誤差 大大降低，抗干擾能力增強(qiáng)。它是傳感器的其中一種，因而也是由敏感元件、傳感元件、測(cè)量電路組成。在過去，電容式傳感器主要應(yīng)用于位移、加速度、角度和振動(dòng)等機(jī)械量的精密測(cè)量；現(xiàn)在多用于壓力、壓差、液位、成份含量等方面的測(cè)量。電容式傳感器的分類也是多種多樣的，按工作原理可分為變間隙式（變極距型）、變面積式、變介電常數(shù)式（變介質(zhì)型）；按極板結(jié)構(gòu)分為平板式和圓柱式；按被測(cè)量分為位移、壓力、應(yīng)力、濕度、溫度等類型。如圖 1所示。 當(dāng)即板間距離 d? （令 :△ d=x）后的電容為 )( 01 xdSC ?? ? 。靈敏度)(1)( 00 xdxCCS n ???? ，當(dāng) x相對(duì)于 do很小時(shí)可以近似為 : 00 dxd ?? 時(shí)，00 dxCC ?? ，這是理想的線性關(guān)系。但是影響電容式傳感器的因素很多，溫度、電容電場(chǎng)邊緣效應(yīng)和寄生或分布電容等等都會(huì)對(duì)電容式傳感器產(chǎn)生影響。 圖 3 運(yùn)算放大器式電路原理圖 圖 4 差動(dòng)式電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖 電容式傳感器的運(yùn)放測(cè)量電路原理圖如圖 13 所示，圖中 Cx 為電容式傳感器電容； Ui 是交流電源電壓 。 Σ是虛地點(diǎn)。 電容式傳感器的應(yīng)用比較廣，主要用于測(cè)量位移、壓力、速度、介質(zhì)、濃度、物位等物理量。 現(xiàn)以電容壓力傳感器為例說明其應(yīng)用。當(dāng)被測(cè)壓力或壓力差作用于膜片并產(chǎn)生位移時(shí)，所形成的兩個(gè)電容器的電容量，一個(gè)增大，一個(gè)減小。 外殼p1p2金屬鍍層凹形玻璃 膜片過濾器
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