第4章电容式传感器分析报告.pptVIP

2002/12总结 第4章 电容式传感器 4.1传感器的工作原理及类型 4.2电容传感器的灵敏度及非线性 4.3电容传感器的特性等效电路 4.4电容传感器的设计要点 4.5电容式传感器的转换电路 4.6电容式传感器的应用举例 本章要点 4.1 电容式传感器的工作原理及类型 4.2 电容传感器的灵敏度及非线性 对于变极距型电容传感器，为在比较大的范围内使用此种传感器，可适当的增大极板间的初始距离 d0 ，以保证比值?d/d0不致过大，但会带来灵敏度下降的缺点，同时也使电容传感器的初始值减小，寄生电容的干扰作用将增加。 变面积型和变介电常数型（测厚除外）电容传感器具有很好的线性。但实际上由于边缘效应的影响仍存在非线性问题，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。 4.3 电容传感器的等效电路 4.3.1 电容传感器的特点 缺点： ① 输出阻抗高，负载能力差； ② 寄生电容影响大； ③ 输出特性非线性 4.3.2 电容式传感器的等效电路 4.4 电容传感器的设计要点 一、保证绝缘材料的绝缘性能 必须从选材、结构、加工工艺等方面来减小温度等误差和保证绝缘材料具有高的绝缘性能。 二、消除和减小边缘效应 边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低而且产生非线性，因此应尽量消除或减小它。 三、消除和减小寄生电容的影响 寄生电容与传感器电容相关联，影响传感器的灵敏度，而它的变化则为虚假信号影响仪器的精度，必须消除和减小它。 增加原始电容值可减小寄生电容的影响。 注意传感器的接地和屏蔽。 整体屏蔽法 屏蔽和接地。 增加原始电容值以降低容抗。 导线和导线要离得远，以减小导线间分布电容的静电感应。导线要尽可能短，最好成直角排列，必须平行排列时可采用同轴屏蔽线。 尽可能一点接地，避免多点按地。地线要用粗的良导体或宽印刷线。 尽量采用差动式电容传感电路，可减小非线性误差，提高传感器灵敏度，减小寄生电容的影响和干扰。 4.5 电容式传感器的转换电路 传感器把被测量转换成电路参数C，从而使信号能传输、放大、运算、处理、指示、记录、控制，得到所需的测量结果或控制某些设备工作。 同时，还根据需要将电路参数C进一步转换成电压、电流、频率等电量参数。 电容传感器的转换电路种类很多，一般归结为两大类： 调制型 脉冲型(或称为电容充放电器) 一、调制型电路 变压器电桥 二、脉冲型电路 脉冲型转换电路的基本原理是利用电容的充放电。两种性能较好，较常用的电路为： 双T型充放电网络 4.6 电容式传感器的应用举例 电容传感器可用来测量直线位移、角位移，振动振幅（测至0.05μm的微小振幅），尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等等。在自动检测和控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。 优点：结构简单、适应性强；动态响应好；分辨率高；温度稳定性好；可实现非接触式测量、具有平均效应。 不足：输出阻抗高，负载能力差等。 温度检测 电容式压力传感器 指纹识别 （1）电容式键盘 常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种。电容式键盘的原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，以实现信息的转换。 第4章 本章要点 下页 上页 返回 电路特点： 电路简单； 电桥输出调幅波，故要求电源电压波动小，需稳幅、稳频； 调整复杂，不方便； 输出阻抗高，输出电压低，需接高放大倍数处理电路 运算放大器电路 下页 上页 返回 下页 上页 返回 下页 上页 返回 脉冲调宽型电路 图4-16 脉冲调宽型电路原理图 下页 上页 返回 下页 上页 返回 图4-17 各点电压波形图 下页 上页 返回 特点 上页 返回 下页 图4-19 差动式电容压力传感器