第4章电容式传感器技巧.ppt

传感器原理与应用; 电容式传感器是把被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。 电容式传感器不但广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步地扩大到用于压力、差压、液位、物位或成分含量等方面的测量。;第4章 电容式传感器;第4章 电容式传感器;4.1 电容式传感器的工作原理和结构;4.1 电容式传感器的工作原理和结构;4.1 电容式传感器的工作原理和结构; 2.结构形式 (a)、(b)为变极距型；(c)~(f)为变面积型；(g)、(h)为变介电常数型。(a)、(b)、(c)、(e)、(f)、(g)是线位移传感器；(d)是角位移传感器；(b)和(f)是差动式电容传感器。 ;第4章 电容式传感器;4.2 电容式传感器的主要特性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性; ③为改善非线性，可采用差动结构。当一个电容增加时，其特性方程如式(4.3)所示，另一个电容则减小，其特性方程推导如下 ; 对于差动结构，通过测量电路取两电容之差，总输出为;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性; 云母的介电常数为空气的7倍，云母的击穿电压不小于103 kV/mm，而空气的击穿电压仅为3 kV/mm。因此，有了云母片之后，极板间的起始距离可大大减小。同时式(4.7)分母中的dg/eg是恒定的，它能使输出特性的线性度得到改善。;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性;4.2.1 特性曲线、灵敏度、非线性; 例4.2 圆筒形金属容器中心放置一个带绝缘套管的圆柱形电极用来测介质液位。绝缘材料介电常数为e1，被测液体介电常数为e2，液面上方气体介电常数为e3，电极各部位尺寸如图所示，忽略底面电容。分别推导被测液体为导体及非导体时两种情况下传感器的特性方程。;解 根据题义画出等效电路。;4.2 电容式传感器的主要特性;4.2.2 等效电路;4.2.2 等效电路;4.2.2 等效电路;4.2.2 等效电路;4.2.2 等效电路;4.2 电容式传感器的主要特性;第4章 电容式传感器;4.3 电容式传感器的测量电路;4.3 电容式传感器的测量电路;4.3.1 自动平衡电桥电路;4.3.1 自动平衡电桥电路;4.3.1 自动平衡电桥电路;4.3.1 自动平衡电桥电路;4.3.1 自动平衡电桥电路;4.3.1 自动平衡电桥电路;4.3 电容式传感器的测量电路;4.3.2 差动脉冲宽度调制电路; 图中C1、C2为差动式电容传感器(若用单边式，则其中一个为固定电容，其电容值与传感器电容初值相等)；A1、A2为比较器。 ;4.3.2 差动脉冲宽度调制电路;式中，T1、T2分别为C1、C2的充电时间；U1为触发器输出的高电平。由于 ;取R1＝R2＝R，得; 若C1、C2组成差动变极距式电容传感器，当差动电容C1＝C2＝C0，即d1＝d2＝d0时，UAB＝0；若C1≠C2，设C1＞C2，即d1＝d0－Dd，d2＝d0＋Dd，则; 差动脉冲调宽电路与电桥电路相比，只采用直流电源，无需振荡器和相敏检波器，即能获得直流输出；输出信号一般为100 kHz～1 MHz的矩形波，所以直流输出只需经低通滤波器简单地引出。虽然对直流电源的电压稳定度要求较高，但比高稳定度的稳频、稳幅交流电源易于做到。;4.3 电容式传感器的测量电路;4.3.3 运算放大器式电路;4.3.3 运算放大器式电路;4.3.3 运算放大器式电路; (1)试分析此电路工作原理； (2)画出输出端电压UAB在C1＝C2、C1＞C2、C1＜C2三种情况下的波形图； (3)推导 的数学表达式。;4.3.3 运算放大器式电路;4.3.3 运算放大器式电路;4.3.3 运算放大器式电路;4.3.3 运算放大器式电路;4.3.3 运算放大器式电路;4.3.3 运算放大器式电路;4.3 电容式传感器的测量电路;第4章 电容式传感器;4.4 影响精度的因素及提高精度的措施;4.4.1 温度的影响;4.4.1 温度的影响 4.4