第3章 电容式传感器.压力测量.ppt

本章内容 3.1 电容式传感器的工作原理和特性 3.2 电容式传感器的特点及设计要点 3.3 电容式传感器的等效电路 3.4 电容式传感器的测量电路 3.5 容栅式传感器 3.6 压力的概念及压力表的分类 3.7 电气式压力计 3.8 压力仪表的使用 3.负荷式压力计 它是基于流体静力学平衡原理和帕斯卡定律进行压力测量的，可将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量来进行测量的仪表。这种压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.05% ~0.02%，通常被当作标准仪器对压力检测仪表进行标定。 1—测量活塞；2—砝码；3—活塞柱；4—手摇泵；5—工作液；6—被校压力表；7—手轮；8—丝杆；9—手摇泵活塞；10—油杯；11—进油阀手轮；12—托盘；13—标准压力表；a、b、c—切断阀；d—进油阀 4.电测式压力计 它是利用敏感元件将被测压力转换成各种电量，如电阻、电感、电容、电位差等。基于此原理工作的仪表有应变片式压力计、霍尔片式压力计、电容式压力计、电感式压力计等。此类仪表多用于将压力信号远传至控制室进行压力集中指示，具有较好的动态响应，量程范围大，线性好，便于进行压力的应用和自动控制等特点。 （1）增加传感器原始电容值　　 采用减小极片或极筒间的间距(平板式间距为0.2~0.5mm，圆筒式间距为0.15mm)，增加工作面积或工作长度来增加原始电容值，但受加工及装配工艺、精度、示值范围、击穿电压、结构等限制。一般电容值变化在 10-3~103 pF范围内，相对值变化在 10-6~1范围内。 （1）增加传感器原始电容值 （2）注意传感器的接地和屏蔽； （3）集成化 （4）采用“驱动电缆”(双层屏蔽等位传输)技术 （5）采用运算放大器法； （6）整体屏蔽法 （2）注意传感器的接地和屏蔽　　 图为采用接地屏蔽的圆筒形电容式传感器。图中可动极筒与连杆固定在一起随被测量移动。可动极筒与传感器的屏蔽壳（良导体）同为地，因此当可动极筒移动时，固定极筒与屏蔽壳之间的电容值将保持不变， 从而消除了由此产生的虚假信号。 引线电缆也必须屏蔽在传感器屏蔽壳内。为减小电缆电容的影响，应尽可能使用短而粗的电缆线，缩短传感器至电路前置级的距离。 绝缘体 屏蔽壳 固定极筒 可动极筒 连杆 导杆 接地屏蔽圆筒形电容式传感器示意图 （4）采用“驱动电缆”(双层屏蔽等位传输)技术　　 当电容式传感器的电容值很小，而因某些原因(如环境温度较高)，测量电路只能与传感器分开时，可采用“驱动电缆”技术。传感器与测量电路前置级间的引线为双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与信号传输线(即电缆芯线)通过1:1放大器成为等电位，从而消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。由于屏蔽线上有随传感器输出信号变化而变化的电压，因此称为“驱动电缆”。采用这种技术可使电缆线长达10m之远也不影响仪器的性能，如图。 （3）集成化　　 将传感器与测量电路本身或其前置级装在一个壳体内，省去传感器的电缆引线。这样，寄生电容大为减小而且易固定不变，使仪器工作稳定。但这种传感器因电子元件的特点而不能在高、低温或环境差的场合使用。 外屏蔽层接大地或接仪器地，用来防止外界电场的干扰。内外屏蔽层之间的电容是1:1放大器的负载。1:1放大器是一个输入阻抗要求很高、具有容性负载、放大倍数为1(准确度要求达1/10000)的同相(要求相移为零)放大器。因此“驱动电缆”技术对1:1放大器要求很高，电路复杂，但能保证电容式传感器的电容值小于1pF时，也能正常工作。 1：1 ＋ － 测量 电路 前置级 外屏蔽层 内屏蔽层 芯线 传感器 “驱动电缆”技术原理图 当电容式传感器的初始电容值很大(几百μF)时，只要选择适当的接地点仍可采用一般的同轴屏蔽电缆，电缆可以长达10m，仪器仍能正常工作。 （5）整体屏蔽法　　 将电容式传感器和所采用的转换电路、传输电缆等用同一个屏蔽壳屏蔽起来，正确选取接地点可减小寄生电容的影响和防止外界的干扰。下图是差动电容式传感器交流电桥所采用的整体屏蔽系统，屏蔽层接地点选择在两固定辅助阻抗臂 Z3和Z4中间，使电缆芯线与其屏蔽 层之间的寄生电容CP1和CP2分别与Z3和Z4相并联。如果Z3和Z4比CP1和CP2的容抗小得多，则寄生电容CP1和CP2对电桥平衡状态的影响就很小。 ～ 交流电容电桥的屏蔽系统 C1 C2 CP1 CP2 Z3 Z4 -A 最易满足上述要求的是变压器电桥，这时Z3和Z4是具有中心抽头并相互紧密耦合的两个电感线圈，流过Z3和Z4的电流大小基本相等但方向相反。因Z3和Z4在结构上