第三章電容式傳感器-在線(xiàn)瀏覽
2024-08-30 05:29本頁(yè)面
【正文】 三、電容傳感器輸出特性 在差動(dòng)式平板電容器中 ， 當(dāng)動(dòng)極板位移 Δd時(shí) ， 電容器 C1的間隙 d1變?yōu)?d0Δd， 電容器 C2的間隙 d2變?yōu)?d0+Δd, 則 002001/11/11ddCCddCC??????第 3章 電容式傳感器 在 Δd/d01時(shí) , 按級(jí)數(shù)展開(kāi)得 ????????????????? ?????????? ?????????????????????? ?????????? ???????3020002302000111ddddddCCddddddCC電容值總的變化量為 ????????????????? ?????????? ??????? ?50300021 2 ddddddCCCC第 3章 電容式傳感器 電容值相對(duì)變化量為 ????????????????? ?????????? ????? ?40200012ddddddCC略去高次項(xiàng)，則 ΔC/C0與 Δd/d0近似成為如下的線(xiàn)性關(guān)系： 002ddCC ??? 如果只考慮 ΔC/C0式中的線(xiàn)性項(xiàng)和三次項(xiàng) , 則電容式傳感器的相對(duì)非線(xiàn)性誤差 r近似為 %100%100|/|2|)/(|220030 ????????? ??????ddddddr第 3章 電容式傳感器 非差動(dòng)型平行板電容傳感器可知， 電容的相對(duì)變化量為 00 11ddCC????當(dāng) |Δd/d0|1時(shí)，上式可按級(jí)數(shù)展開(kāi)，可得 ? ?113020000 ????????????????? ?????????? ????????ddddddddCC第 3章 電容式傳感器 由上式可見(jiàn) ， 輸出電容的相對(duì)變化量 ΔC/C0與輸入位移 Δd之間成非線(xiàn)性關(guān)系 ， 當(dāng) |Δd/d0|1時(shí)可略去高次項(xiàng) ， 得到近似的線(xiàn)性關(guān)系 ， 如下式所示： 00 ddCC ??? 00 1/ddCCK ????它說(shuō)明了單位輸入位移所引起的輸出電容相對(duì)變化的大小與 d0呈反比關(guān)系。 第 3章 電容式傳感器 四、 電容傳感器等效電路 RsLC Rp考慮了電容器的損耗和電感效應(yīng) ， 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 。 Rs代表串聯(lián)損耗 ， 即代表引線(xiàn)電阻 、 電容器支架和極板電阻的損耗 。 第 3章 電容式傳感器 由等效電路可知 ， 它有一個(gè)諧振頻率 ， 通常為幾十兆赫 。 因此 ， 工作頻率應(yīng)該選擇低于諧振頻率 ， 否則電容傳感器不能正常工作 。 因此 ， 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須與標(biāo)定的條件相同 。 從而導(dǎo)致電容傳感器產(chǎn)生誤差 ，這個(gè)誤差尤其是在變極距型電容傳感器中更為嚴(yán)重 。 0d1h2hL 1h：初始時(shí)絕緣材料的厚度 2h：初始時(shí)固定極板的厚度 0d：初始時(shí)空氣隙的厚度 L ：初始時(shí)兩極板的總間隙 第 3章 電容式傳感器 設(shè)初始溫度為 時(shí)，電容傳感器工作極片與固定極片間隙及初始電容為： 0t210 hhLd ???rhdAC??1000??因?yàn)閭鞲衅鞲髁慵牟牧喜煌?，具有不同的溫度膨脹系?shù)，因此，環(huán)境溫度變化后 氣隙厚度變?yōu)椋? t?? ? ? ? ? ?ththtLd hhLt ????????? 2211 111 ???21 , hhL ???式中， 分別為傳感器各零件所用材料的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)。 第 3章 電容式傳感器 二、寄生電容與分布電容的影響 電容極板與周?chē)矬w（各種組建甚至人體）所產(chǎn)生的電容稱(chēng)為寄生電容。寄生電容與分布電容統(tǒng)稱(chēng)為干擾電容。且寄生電容極不穩(wěn)定，這就導(dǎo)致電容傳感特性不穩(wěn)定，對(duì)傳感器產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，帶來(lái)測(cè)量誤差。 第 3章 電容式傳感器 （ 2） 注意傳感器的接地和屏蔽 ； （ 3） 集成化 :將傳感器與測(cè)量電路本身或其前置級(jí)裝在一個(gè)殼體內(nèi) ， 省去傳感器的電纜引線(xiàn) 。 （ 1） 增加傳感器原始電容值 采用 減小極片或極筒間的間距 (平板式間距為 —， 圓筒式間距為 )， 增加工作面積 或 工作長(zhǎng)度 來(lái)增加原始電容值 ， 但受加工及裝配工藝 、 精度 、示值范圍 、 擊穿電壓 、 結(jié)構(gòu)等限制 。 第 3章 電容式傳感器 三、外界干擾的影響 電容傳感器是高阻抗傳感元件，客觀上存在外界干擾的影響，當(dāng)外界（如電磁場(chǎng)）干擾在傳感器和導(dǎo)線(xiàn)間感應(yīng)出電壓并與信號(hào)一起輸送至測(cè)量電路時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤差，甚至使傳感器無(wú)法正常工作。防止和減小干擾的措施大致可歸納如下： 屏蔽和解地。 第 3章 電容式傳感器 增加原始電容值，以降低容抗，減小被干擾電容淹沒(méi)的危險(xiǎn)。 減少接地點(diǎn)，盡可能一點(diǎn)接地，地線(xiàn)要用較粗的良導(dǎo)體或?qū)捰≈凭€(xiàn)。 第 3章 電容式傳感器 四、溫度對(duì)介質(zhì)的介電常數(shù)的影響 傳感器的電容值與介質(zhì)的介電常數(shù)成正比 。 消除方法是：采用介電常數(shù)溫度系數(shù)為零的空氣或云母作為介質(zhì) ， 或在測(cè)量電路中進(jìn)行溫度補(bǔ)償 。 第 3章 電容式傳感器 五、漏電阻的影響 電容傳感器的容抗很高 ， 特別是電源頻率較低時(shí) ， 容抗更高 。 它將使傳感器的靈敏度下降 。當(dāng)然 ， 適當(dāng)?shù)奶岣呒?lì)電源的頻率也可以降低對(duì)材料絕緣性能的要求 。 雖然可將頻率作為測(cè)量系統(tǒng)的輸出量 ， 用以判斷被測(cè)非電量的大小 ， 但此時(shí)系統(tǒng)是非線(xiàn)性
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