[工學(xué)]第五章電容式傳感器-閱讀頁
2025-03-04 07:13本頁面
【正文】 R1以電流 I1向負(fù)載 RL供電 ， 與此同時(shí)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 ： ? 在隨后電源為負(fù)半周時(shí) ，D2 導(dǎo)通 、 D1截止 ， 電路可以等效為圖 （ c） 。 若 D D2 的特性相同， R1＝ R2，且C1＝ C2 ，則流過 RL 的電流 IL與 IL?的平均值大小相等，方向相反，在一個(gè)周期內(nèi)流過 RL的平均電流為零，RL上無電壓輸出。 輸出電壓 的平均值 為 輸出電壓不僅與電源的頻率 f 和其幅值 E 有關(guān)，而且與 T形網(wǎng)絡(luò)中的電容 C1 和 C2 的差值有關(guān)。 ? C1 、 C2 也可只有一個(gè)改變。 三、調(diào)頻測量電路 調(diào)頻測量電路把電容式傳感器 作為振蕩器諧振回路 的一部分。也可以直接通過計(jì)數(shù)器測定其頻率值。 ?C； 其中 C1—— 振蕩回路的固有電容； Cc—— 傳感器的引線分布電容； C0177。 優(yōu)點(diǎn)： ? 靈敏度高，可測量 ?m甚至更小 位移； ? 抗干擾能力強(qiáng)； ? 能獲得高電平直流信號 （伏特?cái)?shù)量級） 或頻率數(shù)字信號（ 易用于數(shù)字儀器和計(jì)算機(jī)接口 ）； 缺點(diǎn)： 受溫度影響大 。 ? 條件： R1＝ R2 ； D D2特性相同，工作在線性區(qū)；工作電源 U1比較器的參考電壓 Ur。 雙穩(wěn)發(fā)器態(tài)觸? C1＝ C2 時(shí)， C1 和 C2 充電相同，電壓波形如圖 (a)，輸出電壓 uAB為等寬矩形波，平均電壓值為零。 uAB為不等寬矩形波，平均電壓值不為零，C1 、 C2相差越大，此值越大 。 12121o UCCCCU???U1—— 觸發(fā)器輸出高電平 第四節(jié) 電容式傳感器的應(yīng)用 電容式傳感器因靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡單、能在惡劣條件下工作、可非接觸測量等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、加速度、角度等機(jī)械量的精密測量，還逐步擴(kuò)大應(yīng)用于壓力、差壓、液面、料面、成分含量等方面的測量。金屬彈性膜片 7為動(dòng)極板，凹型絕緣體上的金屬膜 6為定極板，構(gòu)成差動(dòng)變間隙電容傳感器。其靈敏度取決于初始間隙 d0 ， d0 越小靈敏度越高。若接入差動(dòng)電橋，輸出電壓與壓力差成線性關(guān)系，且與介質(zhì)的介電常數(shù)無關(guān)。 原理： 當(dāng)左右隔離膜片分別承受兩個(gè)壓力產(chǎn)生變形時(shí)，被測壓力 通過隔離膜片及硅油導(dǎo)入空腔，施加在作為動(dòng)極板的金屬彈性膜片兩側(cè)。 三、電容式加速度傳感器 左圖是一 種差動(dòng)電容式加速度傳感器 的工作原理圖。當(dāng)加速度為零時(shí)，懸臂梁處在上、下極板的中間位置， C1＝ C2 ；當(dāng)有加速度存在時(shí)，由 F＝ ma，有一慣性力 F作用在懸臂梁上，懸臂梁產(chǎn)生變形，與兩定極板的距離發(fā)生變化，于是 C1≠C2 。上下各有一固定電極 2，作為上、下定極板，極板中間有一用彈簧支撐的質(zhì)量塊，上下端面磨平拋光后作為動(dòng)極板。工作電壓 ～ ，加速度測量范圍為數(shù)個(gè) g，靈敏度可達(dá) ?？奢敵雠c加速度成正比的電壓，也可輸出占空比正比于加速度的 PWM 脈沖。 加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。 裝有傳感器的假人 氣囊 汽車氣囊的保護(hù)作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 主要用于重負(fù)載。在板材軋制過程中由它監(jiān)測金屬板材的厚度變化情況，該厚度量的變化現(xiàn)階段常采用 獨(dú)立雙電容 測厚傳感器來檢測。應(yīng)用獨(dú)立雙電容傳感器，通過對被測板材在 同一位置 、 同一時(shí)刻實(shí)時(shí)取樣能使其測量精度大大提高。前者對 ~ 厚度的薄鋼板進(jìn)行測量，其測量誤差小于 20?m ；后者其測量誤差小于 ?m。把兩塊極板用導(dǎo)線連成一個(gè)電極，帶材就是電容的另一個(gè)電極，總電容 Cx＝ C1＋ C2。 測定電極安裝在罐的頂部 ， 這樣在罐壁和測定電極之間就形成了一個(gè)電容器 。 檢測出這種電容量的變化就可測定物料在罐內(nèi)的高度 。 若物料導(dǎo)電的話，罐壁和測定電極要做絕緣處理。 傳感器的靜電電容 hdDkC sln)( 0?? ??式中： k —— ?s —— ?0 —— 空氣的相對介電常數(shù)； D —— 儲(chǔ)罐的內(nèi)徑； d —— h —— 被測物料的高度 。 液位測量也可用同軸內(nèi)外金屬管式液位計(jì) 動(dòng)畫演示 七、濕敏電容 利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。 目前成品濕敏電容主要使用兩種吸濕性介質(zhì)：多孔性氧化鋁、高分子薄膜。感濕膜是聚酰亞胺高分子聚合物，它吸收環(huán)境中的水分（也可釋放），使其介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量變化，達(dá)到測濕目的。 濕敏元件的電容值與相對濕度之間具有正比關(guān)系。 本濕度計(jì)由固定頻率方波脈沖發(fā)生器、脈寬調(diào)制電路、濾波、放大電路等
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