N-3.3 电容式传感器.pptVIP

* * n－动尺栅级片数 a , b－栅极片长度和宽度 C Cmax 0 a W 3a 2W x 柱状圆容栅 r2 , r1 － 圆盘栅极片外半径和内半径 a － 每条栅极片对应的圆心角（rad） (2) 容栅传感器电极的结构形式 （a）直电极反射式 （b）直电极透射式 （c）反射式L型电极 (a)直电极反射式 结构形式简单，使用方便， 移动过程中，导轨的误差对测量精度影响较大 (b)直电极透射式 测量调整方便、安装误差和运行误差的影响降低、制造安装困难 (c)反射式L型电极 增大反射电极的面积，增加耦合的电容量， 提高传感器的灵敏度，增强抗干扰能力和提高稳定性 (3) 信号处理方式 鉴幅式测量电路 系统可达到0.001mm分辨力，主要在测长仪上使用， 鉴相式测量电路 系统分辨力为0.01mm，主要在电子数字显示卡尺等数显量具上使用。 （a）鉴幅式测量系统 （b）鉴相式测量系统 式中，Um——发射电极激励信号基波电压幅值； ω——发射电极激励信号基波电压的频率。 设 设 ?反映了传感器输出电压相位的变化规律，而?又与位移x有关， 故通过测量输出电压的相位，就可间接的测量位移的大小。 鉴相式测量电路具有较强的抗干扰能力。 鉴相式测量电路在理论上还存在非线性误差， 同时由于激励电压含有高次谐波，影响了测量精度。 (4) 容栅式传感器应用 主要应用于量具、量仪和机床数显装置。 角位移容栅传感器已在电子数显千分尺及机床分度盘中应用。 线位移容栅传感器已在电子数显卡尺、数显深度尺、数显高度尺、机床数显标尺中应用 End the 3.3 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3.3.4 电容式传感器等效电路 L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感； r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成； C0为传感器本身的电容 Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容 Rg是极间等效漏电阻 极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗 r C0 CP Rg L 低频等效电路 传感器电容的阻抗非常大，L和r的影响可忽略 等效电容C=C0+Cp， 等效电阻Re≈Rg C Rg 高频等效电路 电容的阻抗变小，L和r的影响不可忽略，漏电的影响可忽略 ，其中C=C0+Cp，而re≈r re C L 由于电容传感器电容量一般都很小，电源频率即使采用几兆赫， 容抗仍很大，而R很小可以忽略，因此 此时电容传感器的等效灵敏度为 当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由kg变为ke，ke与传感器的固有电感（包括电缆电感）有关，且随ω变化而变化。 3.3 电容式传感器 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器主要性能 3.3.3 电容式传感器的特点和设计要点 3.3.4 电容式传感器等效电路 3.3.5 电容式传感器测量电路 3.3.6 电容式传感器的应用 3.3.7 容栅式传感器 3.3.5 电容式传感器测量电路 (1) 电桥电路 (2) 运算放大器电路 (3) 脉宽调制电路 (4) 调频电路 (5) 双T型电桥电路 (2). 运算放大器式电路 最大特点：能克服变极距型电容传感器的非线性 Cx是传感器电容 C是固定电容 u0是输出电压信号 运算放大器式电路原理图 u C - A C x ∑ ～ u 0 由运算放大器工作原理可知 结论：从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性 假设放大器开环放大倍数A=?，输入阻抗Zi=? 因此仍然存在一定的非线性误差， 但一般A和Zi足够大，所以这种误差很小。 (3). 差动脉冲调宽电路 利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化 通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号 差动脉冲调宽电路原理图 uAB经低通滤波后，就可得到一直流电压U0为 式中?UA、UB──A点和B点的矩形脉冲的直流分量； ??? T1、T2 ──分别为C1和C2的充电时间； ????? U1──触发器输出的高电位。 C1、C2的充电时间 式中 Ur──触发器的参考电压 设R1=R2=R，则得 结论：输出的直流电压与传感器两电容差值成正比 设电容C1和C2的极间距离和面积分别为d1、d2和S1、S2 差动变极距型 差动变面积型 特性：差动脉冲调宽电路能适用于任何 差动式电容式传感器 并具有理论上的线性特性 (4) 调频电路 当被测信号为零时，△C=0，振荡器有一个固有振荡频率f0， 当被测信号不为零时，△c≠0，