课程设计_电容式位移传感器的设计.docVIP

课 程 设 计 设计名称: 电容式位移传感器的设计_ 目录 一、设计要求……………………………………………………………… 3 二、电容传感器工作特性…………………………………………………… 3 三、电容传感器的优缺点…………………………………………………… 3 四、基本原理……………………………………………………………… 3 五、设计分析……………………………………………………………… 4 六、消除和减少寄生电容的影响…………………………………………… 5 七、转换电路的设计……………………………………………………… 6 八、差动放大电路………………………………………………………… 8 九、相敏检波器系统工作及原理…………………………………………… 9 十、心得体会……………………………………………………………… 11 十一、参考文献…………………………………………………………… 12 十二、附录……………………………………………………………………13 1、设计要求： 设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。 1、测量范围（mm）：0~±1mm； 2、线性度（%Fs）：0.5； 3、分辨率（μm）：0.01； 4、灵敏度（PF/mm）： 5、通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。利用参数和结构来选择合理的方法消除或减少寄生电容的干扰影响。结合传感器实验平台，确定传感器的静态灵敏度和线性范围，并设计电容传感器的电子秤应用实验。 电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。相对与其他传感器来说，电容式传感器的温度稳定性好，其结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣环境条件下工作，适应性强；它的静电引力小，动态响应好，可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等；它能够实现非接触测量，在被测件不能受力，或高速运动，或表面不连接，或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务；当采用非接触测量时，电容传感器具有平均效应，可以减少工件表面粗糙度等对测量的影响。因其所需的输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、很小的加速度、位移等，由于在空气等介质中损耗小，采用差动结构并连接成桥式电路时产生的零点残余电压极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度，分辨力高，能敏感0.01μm至更小的位移。本课题采用差动变面积式电容位移传感器，线性的反映电容和位移的变化关系。 优点： 1.其温度稳定性好:电容传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电机的几何尺寸和介质，且空气介质等介质损耗很小，因此只要从强度、温度系数等械特性考虑，合理选择材料和结构尺寸即可，电容传感器工作室本身发热极小，影像稳定性甚微。 2.结构简单且适应性强：电容传感器的结构简单，易于保证高的精度。一般用金属做电极，无机材料做绝缘支架，可以做得非常小巧。在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下都能正常工作。 3.静电力小。忧郁极板间存在着静电场，因此极板上作用着静电引力或静电力矩。一般来说，这种景点引力是很小的，因此只有对推动力很小的弹性敏感元件，才须考虑因静电考虑静电引力造成的测量误差。 4.动态响应好：由于极板间的静电引力小，需要的作用能亮极小，因此其固有频率很高，动态响应时间短. 5.可实现非接触测量并且有平均效应。在被测件不能受力或高速运动等不允许接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务。 但是电容式传感器的一些缺点也是不可忽视的: 1.输出阻抗高并且负载能力差.电容式传感器的容量受其几何尺寸等限制，不易做的太大，使传感器的输出阻抗很高，因此传感器负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，严重时甚至无法工作，必须采取平屏蔽措施，从而给设计和使用带来不便。容抗还要求传感器绝缘部分的电阻值极高，否则绝缘部分将作为旁路电阻而映像仪器的性能，为此还要特别注意周围环境如湿度、清洁度等。 若采取高频供电，可降低传感器输出阻抗，但高频放大、传输远比低频的复杂， 且寄生电容影响大，不宜保证工作的稳定性。 2.寄生电容影响大：传感器的初始电容很小，而传感器的引线电缆电容（1~2m导线电缆电容可达800pF）测量电路的杂散电容以及传感器极板与周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大，这一方面降低了传感器的灵敏度，另一方面这些电容常常是随机变化的，使传感器工作不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有严格的要求，例如采取屏蔽性好、自身分布电容小的导线作为引线，引线粗而短，要保证仪器的杂散电容