5传感器与检测摘要.ppt

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 3.3.1 电容式传感器的工作原理 1. 工作原理及类型 2. 变极距型电容传感器 3. 变面积型电容传感器 4. 变介电常数型电容式传感器 1. 工作原理及类型 2. 变极距型电容传感器 3. 变面积型电容传感器 4. 变介电常数型电容式传感器 3.3.2 电容式传感器主要性能 1. 静态灵敏度 被测量缓慢变化时传感器电容变化量与引起其变化的被测量变化之比 2. 非线性 2. 非线性 3.3.3 传感器的特点和设计要点 1. 特 点 2. 设计要点 1、特点 优点: 1. 温度稳定性好 （电容值与电极材料无关；本身发热极小 ） 2. 结构简单、适应性强 3. 动态响应好 4. 可以实现非接触测量、具有平均效应 缺 点： 1、输出阻抗高、负载能力差 传感器的电容量受其电极几何尺寸等限制，一般为几十到几百皮法，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 。 2、寄生电容影响大 传感器的初始电容量小，而引线电缆电容、电路的杂散电容以及传感器内极板与其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，将使传感器工作不稳定，影响测量精度 。 2. 设计要点 (1). 减小环境温度、湿度等变化所产生的影响，保证绝缘材料的绝缘性能 (2). 消除和减小边缘效应 (3).消除和减小寄生电容的影响，防止 和减少外界干扰 (4).尽可能采用差动式电容传感器 3.3.4 电容式传感器等效电路 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 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 3.3.5 电容式传感器测量电路 (1) 调频电路 (2) 运算放大器电路 (3) 双T型电桥电路 (4) 脉宽调制电路 (1) 调频电路 (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 (3)二极管双T型电路 电路的特点 : ①线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线、减小了分布电容的影响； ②电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定； ③输出阻抗为R，而与电容无关，克服了电容式传感器高内阻的缺点； ④适用于具有线性特性的单组式和差动式电容式传感器 。 (4). 脉宽调制电路 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 优 点： 采用直流电源，其电压稳定度高 不存在稳频、波形纯度的要求 也不需要相敏检波与解调等 对元件无线性要求 经低通滤波器可输出较大的直流电压 对输出矩形波的纯度要求也不高 3.3.6 电容式传感器的应用 (1) 电容式差压传感器 (2) 电容式加速度传感器 (3) 电容式振动位移传感器 3.3.7 容栅式传感器 (1) 基本类型及工作原理 (2) 容栅传感器电极的结构形式 (3) 信号处理方式 (4) 容栅式传感器应用 (1) 基本类型及工作原理 长容栅 片状圆容栅 (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 (b)直电极透射式 (c)反射式L型电极 (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 (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 供电电压是幅值为±UE、周期为T、占空比为50%的方波 可直接得到电容C2的电流iC2如下: 上一页 下一页 在?R+(RRL)/(R+RL)?C2??T/2时，电流iC2的平均值IC2可以写成 返 回 故在负载RL上产生的电压为 同理，可得负半周时电容C1的平均电流IC1为 上一页 下一页 返 回 上